长期进化实验揭示急剧与逐渐海洋酸化对硅藻碳固定响应的差异性影响

《Nature Communications》：Abrupt pH changes overestimate the responses of Chaetoceros muelleri to ocean acidification

　　

摘要

海洋酸化以海水pH值逐渐下降为特征，影响着硅藻等海洋初级生产者，而这些初级生产者对海洋碳固定有着重要贡献。旨在预测气候变化影响的实验研究通常通过急剧改变pH值来模拟酸化过程，这可能无法真实反映生态和进化响应。我们在本研究中针对海洋硅藻Chaetoceros muelleri开展了一项长期进化实验，比较了在1100代中将CO₂浓度从440 ppm增至1000 ppm的急剧增加方式与逐渐增加方式。通过整合进化基因组学、生理学检测、元素化学计量学和地球系统模型，我们发现急剧酸化会使硅藻的生长和碳固定响应被夸大约15%，这主要源于增强的分化基因组信号和持续的基因表达变化。逐渐酸化则引发较弱的表型和基因组变化，与自然海洋条件更为一致。这些发现表明，基于CO₂急剧增加的模型可能高估了Chaetoceros muelleri乃至其他硅藻在海洋酸化条件下对生产力和生物地球化学循环的贡献，从而突显了在实验设计中考虑pH值逐渐下降的重要性，以便准确预测海洋生态系统的响应。