近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室沈渊教授在海洋溶解有机质研究方面取得新进展，相关成果以“Diving deep into the origins of refractory dissolved amino acids in the ocean”为题，发表于国际海洋学权威期刊 Limnology and Oceanography。
该研究围绕海洋中“易降解”氨基酸为何能够长期保存于深海这一经典问题，通过长周期培养实验揭示了氨基酸从活性向惰性演化的分子轨迹，并发现微生物降解并不是形成深海惰性有机质库的唯一控制因素。
研究背景
氨基酸是海洋中蛋白质和多肽的重要组成部分，也是海洋溶解有机质（DOM）中的关键含氮化合物。海洋中，氨基酸分子以游离态或/和结合态（多肽、蛋白）形式存在，传统培养实验普遍发现，游离态氨基酸通常可在数小时至数天内被微生物迅速利用，而结合态氨基酸也大多会在数周内被降解，因此氨基酸长期以来被视为典型的“活性”有机质。
然而，大量海洋观测结果却显示，氨基酸广泛存在于整个海洋水柱中，甚至在深海中仍保持相当稳定的浓度。放射性碳（14C）研究进一步表明，部分深海氨基酸组分的年龄可达数百至上千年。这一现象提出了一个长期未解的问题：既然氨基酸容易被微生物利用，为何它们仍能在海洋中长期保存？过去研究多集中于短时间尺度的降解过程，而对于活性氨基酸如何逐步转化为深海惰性氨基酸这一关键过程，仍缺乏直接实验验证。
研究结果
海洋氨基酸存在活性连续谱
研究团队在百慕大时间序列站（BATS）采集了来自50–1500 m不同深度海水，开展了为期180天的船载培养实验，并平行比较了天然海水氨基酸与浮游生物来源新鲜氨基酸的微生物降解过程。
结果显示，新鲜浮游生物来源的游离态氨基酸几乎在7天内被完全消耗，表现出典型“易降解”特征；相比之下，结合态氨基酸降解速度明显更慢，并呈现从“易降解”到“半活性”的连续变化。
然而，在天然海水中，氨基酸（基本以结合态形式存在）整体降解速率却低了1–2个数量级，仅有约7–13%的氨基酸在180天内被利用（半活性），其余则呈现相对惰性状态。这一结果表明，海洋中的氨基酸并非是单一的“活性”组分，而是包含从活性、半活性到惰性的广泛连续谱（图1）。
图1. 不同来源（天然海水DOM vs浮游植物来源DOM）的氨基酸降解差异
深海惰性氨基酸具有独特的化学组成
进一步的分子组成分析发现，深海惰性氨基酸显著富集结合态甘氨酸（glycine）以及多种非蛋白类D-氨基酸。
其中，甘氨酸在深海总氨基酸中的占比高达~36%，而D-氨基酸及β-丙氨酸、γ-氨基丁酸等非蛋白类氨基酸共同占据了深海氨基酸库的大部分组成。研究认为，这些特殊组分可能主要来源于细菌细胞壁等微生物残体，以及富含甘氨酸的难降解有机化合物。
该结果说明，深海中长期保存的氨基酸并非简单残存的“未降解蛋白质”，而是经历长期转化与重塑后形成的有机质库（图2）。
图2. 不同活性氨基酸库的分子组成差异
微生物降解并非形成深海惰性氨基酸库的唯一控制因素
研究团队进一步利用主成分分析（PCA）追踪氨基酸组成变化轨迹，发现随着培养的进行，新鲜浮游生物来源氨基酸逐步富集甘氨酸肽段和非蛋白类氨基酸，且其降解轨迹总体偏离深海的天然氨基酸组成。
这一结果表明，仅依靠微生物降解，并不足以形成海洋中广泛存在的惰性氨基酸库。研究推测，深海惰性氨基酸的形成可能还受到非生物化学过程影响（如经上层海洋光降解转化）影响（图3）。
图3. 氨基酸组成在降解过程中的组成变化及其与深海背景值的偏离
研究意义及展望
该研究通过长周期平行培养实验，揭示了海洋氨基酸从活性向惰性演化的连续反应性谱系，证明深海惰性氨基酸库并非简单“未降解残留物”，而是经历长期生物与非生物过程共同塑造形成的稳定有机质库。研究深化了对海洋惰性有机碳形成机制的认识，为理解海洋长期储碳过程及全球碳循环提供了新的实验依据。
研究团队及资助
该论文第一作者兼通讯作者为厦门大学沈渊教授，共同作者为美国南卡罗来纳大学 Ronald Benner 教授。该研究获得国家自然科学基金青年科学基金项目B类（42322602）、中央高校青年教师科研创新能力支持项目（ZYGXQNJSKYCXNLZCXM‐O3）、以及厦门大学校长基金项目（20720250002）联合资助。
论文信息
Shen Y., Benner R. 2026. Diving deep into the origins of refractory dissolved amino acids in the ocean. Limnology and Oceanography,71, e70402.
https://doi.org/10.1002/lno.70402
供稿 | 沈渊教授团队
编辑 | 房月 苏颖
排版 | 陈蕾
审核 | 唐甜甜 曹知勉
