研究进展

      近日，研究组与厦门大学、中国科学院海洋研究所、华东师范大学等单位合作，在《Nature Communications》发表题为 “Sustained algal-bacterial interactions promote accumulation of recalcitrant particulate carbon with accelerated radiocarbon aging signatures” 的研究论文。该研究发现持续的藻类–细菌相互作用不仅能够促进惰性颗粒有机碳（RPOC）的持续累积，还可在数年时间尺度内快速塑造具有“老碳”特征的放射性碳信号。两年藻菌互作形成的颗粒有机碳，其表观放射性碳年龄偏移超过400年；延长培养至四年后，这一表观年龄进一步达到1400多年。该研究揭示了一个此前被忽视的海洋颗粒碳形成与稳定化过程，为理解海洋“老碳”的形成机制及长期碳储存提供了新的视角。

海洋藻类通过光合作用固定大量CO₂，是海洋有机碳的重要来源。其中一部分藻源有机碳可通过生物泵输送至深海并长期保存。与此同时，藻类与细菌在海洋中持续发生复杂的代谢互作，藻类释放的有机物不断被周围微生物利用、转化和再加工。这一持续的藻菌碳循环不仅影响藻源有机碳的组成，也可能决定其最终能否进入稳定的海洋碳库。

过去的研究主要关注藻菌互作对惰性溶解有机碳（RDOC）形成的贡献，而对于长期藻菌互作能否持续促进惰性颗粒有机碳（RPOC）的形成和累积，以及这一过程是否能够改变颗粒碳的放射性碳年龄，仍缺乏认识。

研究组建立了一个营养自给自足的海洋藻菌长期共培养体系，以聚球藻 Synechococcus 及其互利共生微生物群落为模式，连续培养并追踪其碳代谢与颗粒碳变化。研究发现，随着共培养时间延长，体系中的POC持续大量累积，同时不断形成具有较强抗降解性的RPOC。其中，约26%的POC能够抵抗进一步的微生物降解，形成稳定的惰性颗粒碳库，表明长期藻菌互作可能是海洋惰性颗粒碳形成的重要生物过程。

更为引人注目的是，放射性碳分析显示出明显的“老化”现象。尽管这些颗粒有机碳均是在实验培养过程中形成的，其表观放射性碳年龄却可达到900多年，较培养初期增加超过400年。当培养时间延长至四年后，POC的表观放射性碳年龄进一步达到1400多年，显示持续的藻菌互作能够在数年时间尺度内逐步放大颗粒碳的“老碳”信号。

需要强调的是，这种表观年龄增加并不意味着这些颗粒碳在实验过程中实际经历了数百年的时间。其本质是颗粒碳的Δ¹⁴C组成发生了持续变化；在两年至四年的实验时间尺度内，放射性衰变对Δ¹⁴C变化的贡献可以忽略。因此，“400多年”或“1400多年”反映的是放射性碳意义上的表观年龄，而非颗粒碳的实际停留时间。

研究进一步揭示了这一“老碳”信号形成的潜在机制。一方面，现代大气CO₂中的Δ¹⁴C已受到化石燃料燃烧释放的Δ¹⁴C贫化CO₂影响，即所谓“苏斯效应”。藻类持续固定这部分Δ¹⁴C较低的大气CO₂，可使新形成的生物有机碳带有相对偏“老”的同位素特征。另一方面，微生物对藻源有机碳的持续加工与稳定化，则可能进一步促进这些碳向难降解颗粒形态转化和累积。组学数据证实藻菌体系中微生物有着丰富的胞外碳水化合物活性酶和肽酶等酶系，且编码这些酶的基因多样性随共培养延长而增加且组成发生显著的演替，表明微生物对藻源碳持续加工和改造。

图. 藻菌互作促进海洋惰性颗粒碳累积并塑造“老碳”特征

总体而言，该研究揭示了持续藻菌互作能够在较短时间尺度内促进惰性颗粒有机碳累积，并快速塑造“老碳”放射性碳特征。这一发现表明，海洋“老碳”的放射性碳年龄并不一定意味着其经历了同等长度的实际海洋保存过程，活跃的生物过程本身也可能塑造“老碳”信号。研究由此拓展了对海洋惰性颗粒碳形成及长期碳储存机制的认识，并为进一步认识海洋生物碳汇过程提供了新的思路。

原文信息：Zhao HS^#, Zhang ZH^#, Feng XT, Nair S, Yuan HM, Song JM, Li XZ, Jiao NZ, Zhang YY*. Sustained algal-bacterial interactions promote accumulation of recalcitrant particulate carbon with accelerated radiocarbon aging signatures. Nat Commun (2026).