PNAS:真菌为碳创造了一条被低估的快速通道，将硅藻固定的20% 的碳从微生物循环中分流到真菌寄生物中。

地球海洋和湖泊中的微小藻类吸收阳光和二氧化碳，并将它们转化为糖类，维持水生食物网的其余部分，吞噬的碳量相当于世界上所有树木和植物的总和。

新研究表明，传统解释中缺少一个关键部分，即在二氧化碳首次“固定”到浮游植物中与最终释放到大气中或下降到不再导致全球变暖的深处之间发生了什么。 丢失的部分？ 菌。

斯坦福大学地球系统科学助理教授安妮·德卡斯 (Anne Dekas) 说：“基本上，碳在水生环境中沿食物链向上移动的方式与我们通常认为的不同。”  Dekas 是 6 月 1 日发表在美国国家科学院院刊上的一篇论文的资深作者，该论文量化了有多少碳进入了攻击微藻的寄生真菌。

模型病理系统中的细胞类型

水下旋转木马

迄今为止，研究人员已经预测，大多数碳固定在被称为硅藻的硬壳单细胞藻类群落中，然后直接流入细菌中——或者像茶一样溶解在周围的水中，在那里它主要被其他细菌吸收。 传统思维假设碳主要通过以细菌或硅藻为食的较大生物体，或通过微生物呼吸时返回大气的二氧化碳而从这种微生物循环中逸出。

在气候变化的背景下，这一旅程很重要。  “为了实现碳封存，来自二氧化碳的碳需要沿着食物链向上进入足够大的生物质块，以便它可以沉入海底，”德卡斯说。  “这就是它真正从大气中移除的方式。如果它只是在海洋表面长时间循环，它就会以二氧化碳的形式释放回空气中。”

事实证明，真菌为碳创造了一条未被充分利用的快速通道，将多达 20% 的由硅藻固定的碳“分流”出微生物循环并进入真菌寄生虫。 德卡斯说：“碳最终会回到大气中，而不是通过这种旋转木马，你有一条更直接的途径到达食物网的更高层次。”

这些发现对处理有害藻华的工业和娱乐环境也有影响。  “在水产养殖中，为了保持鱼类等主要作物的健康，可能会在水中添加杀菌剂，”德卡斯说。 这将防止鱼类受到真菌感染，但它也可能消除对藻类大量繁殖的自然检查，每年给该行业造成约 80 亿美元的损失。  “在我们了解这些生物之间的动态关系之前，我们需要非常小心我们正在使用的管理政策。”

微生物相互作用

这组作者基于对称为根癣菌的壶菌群及其宿主（一种名为 Asterionella formosa 的淡水藻类或硅藻）进行的实验得出了他们的估计。 德国的合著者致力于从柏林以北约 60 英里的史特克林湖收集的水中分离出这些微生物，以及在它们的细胞内和周围发现的细菌。

“从自然界中分离出一种微生物并在实验室中培养它很困难，但将两种微生物作为一个病原体分离并维持其中一个杀死另一个的病原体是一个真正的挑战，”主要作者 Isabell Klawonn 说，他曾参与这项研究。 斯坦福德卡斯实验室的博士后学者。  “因此，只有少数模型系统可用于研究这种寄生相互作用。”

科学家们早在 1940 年代就推测寄生虫在控制浮游植物的丰度方面发挥了重要作用，他们观察到了感染湖水中星形藻华的壶菌的流行。 技术进步使我们能够以精细和可测量的细节来区分这些看不见的世界——并开始在更大的图景中看到它们的影响。

真菌为碳创造了一条被低估的快速通道，将硅藻固定的20% 的碳从微生物循环中分流到真菌寄生物中。

“我们作为一个社区意识到，对于了解环境中发生的事情而言，重要的不仅仅是单个微生物的能力。这些微生物如何相互作用，”德卡斯说。

作者使用基因组测序测量和分析了 Lake Stechlin 病理系统内的相互作用； 一种荧光显微镜技术，包括将荧光染料附着在微生物细胞内的 RNA 上； 斯坦福大学的一种高度专业化的仪器 - 世界上仅有的几十个仪器之一 - 称为 NanoSIMS，它可以创建材料中含量极少的元素同位素的纳米级图。  Dekas 说：“为了获得这些单细胞测量结果以显示光合碳如何在特定细胞之间流动，从硅藻到真菌再到相关细菌，这是唯一的方法。”

从微生物旋转木马转移到真菌中的碳的确切数量可能在其他环境中有所不同。 但德卡斯说，即使在一种情况下，它也能高达 20%，这一发现意义重大。  “如果你在任何方向上改变这个系统超过几个百分点，它就会对生物地球化学循环产生巨大影响。它对我们的气候产生重大影响。”

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