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团队与国内外合作者在海洋碳循环领域取得重要进展，相关成果以“Bacteria as passive passengers in the equatorial Pacific biological carbon pump”为题发表于地球科学领域国际权威期刊Geophysical Research Letters。
该研究基于赤道太平洋现场观测与分子生物地球化学分析，揭示了细菌在颗粒有机碳（POC）垂向输运中的关键作用，提出细菌在碳输出过程中主要作为贡献者而非单纯的降解者，为理解海洋生物碳泵过程提供了新的视角。
研究背景
海洋生物碳泵通过将表层海洋产生的有机碳向深海输送，在调控大气CO2浓度和全球碳循环中发挥重要作用。传统观点认为，细菌主要通过再矿化作用减少POC沉降通量，是生物碳泵的“削弱者”。然而，近期的多源观测结果表明，细菌对POC通量衰减的影响相对有限，且基因组学和显微观测均显示大量细菌附着于沉降颗粒物表面，并可随颗粒输送至深海，是生物碳泵的重要组成部分（即“贡献者”）。这一发现挑战了长期以来的经典认识，但细菌在海洋碳输出中的具体角色仍有待进一步厘清。
研究结果
研究团队依托GEOTRACES GP11航次，在赤道太平洋开展现场观测，结合原位泵采样、UVP颗粒成像及氨基酸对映体等分子标志物方法，对不同粒径颗粒（>51 μm与1–51 μm）中的有机碳组成及其随深度变化特征进行了系统分析。
图1. 赤道太平洋采样站位图
1. 细菌对POC通量衰减的影响低于传统认知
观测结果显示，POC通量在上层约150 m以内迅速衰减，但主导POC通量的大颗粒（>51 μm）在整个下沉过程中保持相对稳定的分子组成特征，并且四种基于氨基酸组成和丰度的指标均表明大颗粒中的有机质降解程度较低，仍处于“新鲜”状态。相反，小颗粒（1–51 μm）随深度表现出明显的降解信号增强，说明其经历持续的细菌改造。
这一“通量快速衰减但化学组成保持稳定”的现象表明，细菌再矿化并非控制POC通量衰减的主导机制。进一步分析认为，颗粒的快速下沉以及较浅温跃层以下的低温环境显著抑制了细菌的代谢活性，从而限制了其降解作用。
图2. 不同粒径颗粒中POC浓度及再矿化程度
2. 细菌来源有机质在POC输出中占比显著
基于D-氨基酸分子标志物定量结果，发现细菌来源碳在POC中占比显著：大颗粒中约为30%，小颗粒中约为20%。这一比例远高于传统基于细胞丰度估算的结果（<5%），表明细菌碎屑有机质是POC的重要组成部分。
进一步定量分析显示，在约60–150 m水层中，细菌介导的POC通量衰减仅为其自身碳输出通量的约35%，表明细菌对碳输出的“贡献”显著大于其“削弱”作用。
图3. 细菌源有机碳对POC输出的贡献
3. 科学意义：修正细菌在生物碳泵中作用的认识
研究提出，细菌物质在真光层中随颗粒形成过程被富集，并以细菌残体或结合态有机质形式嵌入颗粒结构，在快速下沉过程中被“协同输出”至中层海洋。与此同时，POC通量的衰减主要受物理过程控制，包括湍流剪切以及浮游动物活动等过程导致的颗粒破碎，而非传统认为的细菌降解主导。该结果表明，生物碳泵效率不仅取决于有机质降解速率，更受到颗粒动力学过程及微生物来源碳贡献的共同调控。
综上，该研究从分子组成与通量耦合的角度，系统评估了细菌在生物碳泵中的作用，提出细菌在低纬度海洋中更可能作为碳输出的重要组成部分，而非单一的降解驱动因子。这一认识修正了传统碳循环框架中对微生物作用的简化假设，对改进全球碳循环模型模拟与预测能力亦具有重要意义。
图4. 海洋生物碳泵组成及衰减机制
研究团队及资助
该论文的第一作者为德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心（GEOMAR）和法国海洋环境科学实验室（LEMAR）郭金强博士（现兼任海洋生物地球化学全国重点实验室青年访问学者），通讯作者为厦门大学沈渊教授。共同作者包括来自GEOMAR的Eric P. Achterberg教授和Rainer Kiko教授，LEMAR的Frédéric A. C. Le Moigne研究员，以及中国科学院海洋研究所袁华茂研究员和厦门大学2024级博士研究生高尧。该研究获得中央高校青年教师科研创新能力支持项目（ZYGXQNJSKYCXNLZCXM‐O3）、青年科学基金项目（B类）（42322602）、厦门大学校长基金项目（20720250002）以及海洋生物地球化学全国重点实验室青年访问学者项目（MELRS2518）等联合资助。
论文信息
Guo, J., Yuan, H., Gao, Y., Achterberg, E. P., Le Moigne, F. A. C., Kiko, R., & Shen, Y. (2026). Bacteria as passive passengers in the equatorial Pacific biological carbon pump. Geophysical Research Letters. 53, e2025GL119613. https://doi.org/10.1029/2025GL119613
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
