近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学国家重点实验室沈渊教授团队在深海溶解有机碳（DOC）的微生物可利用性方面取得新进展，相关成果以“Hidden Bioavailable Dissolved Organic Matter in the Deep Northwestern Pacific Ocean”为题发表于Geophysical Research Letters。研究发现，在整体稳定的深海DOC碳库中，存在微生物可利用的半活性DOC组分，揭示了深海有机碳库稳态与动态的双重性。
研究背景
海洋溶解有机碳（DOC）是地球上最大的碳库之一，总储量约662 Pg，与大气CO2储量相当。其中绝大部分DOC储存于深海，其浓度相对稳定。放射性碳定年显示，该碳库平均停留时间可达数千年，长期以来被视为高度惰性、难以降解的稳定碳库。然而，近年来的研究逐渐表明，这一传统认识可能过于简单。越来越多证据显示，深海DOC在分子组成和年龄上存在显著时空差异，暗示其中可能包含年轻且微生物可利用的有机组分。2025年，沈渊团队在 Science Advances 发表的研究成果揭示深海中存在可被微生物快速利用的蛋白类有机质，新的问题随之产生：这种潜在的生物可利用DOC是否在不同海域广泛存在？其空间分布特征如何？
为回答这一问题，研究团队在西北太平洋155°E 断面（28.5°N–41.5°N）开展跨纬度综合调查（图1），系统解析DOC浓度、组分及生物可利用性空间特征。
图1 西北太平洋采样站位图
研究结果
1、深海中不易觉察的半活性DOC组分
研究结果表明，西北太平洋深海（≥1000 m）DOC浓度在不同纬度间保持相对稳定（43 ± 2 µmol L⁻¹；图2），这一结果在浓度层面上延续了传统认识，即深海DOC整体呈现相对均一和稳定的特征。
然而，当研究视角转向分子组成时，研究团队发现，深海总氨基酸浓度（THAA）在空间上呈现显著差异（图2）：在30°N–36°N深海1000–4000 m深度范围内，总氨基酸浓度（92–129 nmol L⁻¹）显著高于临近的深海水域（72–91 nmol L⁻¹），氨基酸占DOC的比例（DOC生物可利用性指标）达到0.8–1.1%，显著高于典型深海背景值（0.4–0.7%），甚至接近上层海洋水平。这一结果表明，在整体稳定的深海DOC库中，局部区域仍存在可被微生物利用有机分子的“热点”。
图2 西北太平洋深海DOC浓度（a–c）、THAA浓度及THAA占比（%DOC）（g–i）的纬向分布特征。
进一步对比该区域与周围海域的分子指标（图3）发现，高值区DOC具有更低的甘氨酸比例和D型氨基酸比例，同时降解指数显著更高，表明这些有机物降解程度较低、相对新鲜。结合氨基酸端元分析结果，研究团队认为这部分有机质属于 “半活性DOC（semi-labile DOC）”，其周转时间通常为数月至数年。
图3 氨基酸高值区与背景区域的分子指标对比（a：甘氨酸占比；b：D型氨基酸占比；c：降解指数）
2. 深海半活性DOC从何而来
针对深海中半活性 DOC 的来源，研究团队评估了多种可能机制。无论是深层水团的垂向混合，还是深海水体的水平输运，都难以解释该区域半活性DOC的局部富集现象。同时，悬浮颗粒物或被动沉降颗粒物的溶解所产生的贡献也十分有限，理论估算表明其仅能解释观测到氨基酸异常的一小部分。在排除上述可能机制后，研究团队提出：浮游动物昼夜垂向迁移所介导的生物主动输运，可能为深海提供了额外的新鲜有机质来源。这种由生物活动驱动的有机质输入过程具有间歇性和局地性特征，可能导致深海局部区域出现富含可利用有机分子的“热点”。此外，该区域此前观测到的深海Δ14C-DIC异常增高现象，也为深海新鲜有机碳输入提供了独立证据。
综上，该研究从分子层面揭示了深海有机碳库内部潜在的空间异质性，发现深海环境中存在局部富集的半活性DOC热点。这一发现表明，尽管深海DOC在整体上表现为稳定的惰性碳库，但其内部仍可能存在局部的动态周转过程。该研究深化了对深海微生物碳源供给以及深海碳循环过程的理解。
研究团队及资助
该论文共同第一作者为厦门大学2025届硕士毕业生李一娴和2023级博士生刘涛，通讯作者为沈渊教授，共同作者包括厦门大学李骁麟教授和史大林教授。该研究获得国家自然科学基金创新研究群体项目（A类）、青年科学基金项目（B类）、中央高校青年教师科研创新能力支持项目和厦门大学校长基金的联合资助。
论文来源及链接
Li, Y., Liu, T., Li, X., Shi, D., & Shen, Y. (2026). Hidden Bioavailable Dissolved Organic Matter in the Deep Northwestern Pacific Ocean. Geophysical Research Letters, 53(2), e2025GL118190. https://doi.org/10.1029/2025GL118190
延伸阅读
Shen, Y., Benner, R., Broek, T. A. B., Walker, B. D., & McCarthy, M. D. (2025). Special delivery of proteinaceous matter to deep-sea microbes. Science advances, 11(12), eadr0736.https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr0736
供稿 | 沈渊教授团队
编辑 | 房月 苏颖
排版 | 陈蕾
审核 | 柳欣
