《Science》文章：海洋环流与浮游生物的奥秘：揭秘印度洋和大西洋之间的生态桥梁

阿古拉斯海峡位于非洲东海岸，是印度洋和大西洋之间的一个天然瓶颈。每年，大量的海水通过这个狭窄的通道从印度洋流入大西洋。这些水流不仅带走了盐分和热量，还带动了大量浮游生物的运输。
阿古拉斯海峡是浮游生物的重要迁徙通道。这些微小的生物包括微藻、原生动物和各种浮游动物，它们构成了海洋食物链的基础。研究表明，尽管浮游生物群落的整体分类结构在不同海域之间保持连续，但南大西洋的浮游生物多样性与印度洋源种群相比发生了改变。这表明环境因素在物种迁移过程中起到了筛选作用。
环流对浮游生物的影响
1、阿古拉斯环流系统处浮游生物群落结构
图1（A）介绍了印度洋(IO)、南大西洋(SAO)、南大洋(SO)和阿古拉斯环礁（68号和78号站，红色标记（见图（B）））的浮游生物群落结构。通过计算细菌宏基因组中的谱系特异性标记基因，确定了0.2至3微米的细菌群落结构。使用V9 rDNA条形码确定了不同大小级别（0.8至5微米、20至180微米和180至2000微米）的真核生物群落结构。通过使用16个NCLDV标记基因进行系统发育映射，确定了0.2至3微米的核胞质大DNA病毒（NCLDV）群落结构。使用Jaccard距离将OTU丰度转换为存在/缺失数据，以层次聚类样本。

图2（A）展示了不同粒径范围（0.2-3μm、0.8-5μm、20-180μm、180-2000μm）内浮游生物的多样性。这些粒径范围涵盖了从原核生物（如细菌）到真核生物（如浮游植物和浮游动物）的不同大小类别。箱型图显示了印度洋（IO）、南大西洋（SAO）和南极洋（SO）之间浮游生物多样性的差异。在0.2-3μm粒径范围内（主要由原核生物组成），南大西洋的多样性高于印度洋，这可能与两个海洋的环境条件和生态过程差异有关。随着粒径的增加，真核生物的比例增加，而在大于20μm的粒径范围内，印度洋的多样性似乎更高，这可能与印度洋中较大的浮游生物种类更多有关。箱型图还展示了特定于印度洋、南大西洋以及两者共有的OTU（操作分类单元）的多样性。例如，某些浮游植物和浮游动物种类可能仅存在于印度洋或南大西洋（如假尼氏藻属（Pseudo-nitzschia）是印度洋特有浮游植物种类），而另一些种类则可能在这两个海洋中都存在但具有不同的多样性水平。
阿古拉斯环内的独特局部环境可能提供了一种选择性机制，这有助于限制印度洋浮游种群向大西洋的散布。

氮循环与浮游生物分布的关系
文中提到，强烈的垂直混合驱动了复杂的氮循环，这是阿古拉斯环内独特局部环境的一部分。浮游生物，特别是浮游植物，是海洋初级生产的主要贡献者，它们通过吸收氮等营养盐来进行光合作用。图3通过彩色图像展示了不同时间尺度上大气中氮氧化物（NOx）的浓度分布，具体分为三个部分进行阐述：（1）顶部“Primary Production”（初级生产力）：这部分展示了使用MIT-GCM模型模拟的阿古拉斯系统内的初级生产力（PP）。初级生产力的数值范围在0.00至50mM之间，颜色条以暖色调表示较高的初级生产力水平。（2）中间“Modelled nitrogen stocks along Agulhas ring track.”（模拟的阿古拉斯环带沿岸的氮氧化物含量变化）：这部分展示了模拟的阿古拉斯环带沿岸的氮氧化物（包括NO3、NO2和NH4）含量变化，单位为ppb。图像中的x轴代表阿古拉斯环的平均路径，y轴代表水体中的深度（以米为单位）。颜色条同样以暖色调表示较高的氮氧化物含量。（3）底部“NH3”（氨气含量）：这部分展示了模型计算出的氨气（NH3）含量，单位也是ppb。氨气含量的分布和浓度水平通过彩色图像进行展示。

整体来看，该图旨在通过展示初级生产力、氮氧化物和氨气的分布和变化，来揭示阿古拉斯环对氮循环和生态系统生产力的影响。通过模拟和可视化分析，可以更深入地理解阿古拉斯系统内的生物地球化学过程，以及这些过程如何影响海洋生态系统的结构和功能。
在阿古拉斯环流中，强烈的垂直混合可能导致深层水体中的营养盐（包括硝酸盐等）被带到表层，为浮游植物提供了丰富的营养来源。这种营养盐的补充可能促进了表层浮游植物的繁殖和生长，进而影响了整个浮游生物群落的分布和结构。同时，阿古拉斯环流中的涡旋和环流结构也可能通过物理过程（如搅拌、混合等）影响氮循环的速率和路径，从而间接影响浮游生物的分布。
阿古拉斯环流对浮游生物分布的意义
（1）阿古拉斯环作为生物过滤器的作用：研究发现，阿古拉斯环在印度洋和大西洋之间的生物交换中起到了选择性的过滤作用。这意味着，并非所有印度洋的浮游生物都能通过阿古拉斯环成功扩散到大西洋，而是只有那些能够适应阿古拉斯环内部特定环境条件的物种才能存活并继续扩散。（2）浮游生物群落结构的差异：年轻的阿古拉斯环内的浮游生物群落结构与原始印度洋水域存在差异，这表明在穿越阿古拉斯瓶颈的过程中，浮游生物群落经历了一定程度的变化。然而，这些年轻的环内仍然保留了某些特定的印度洋物种，说明阿古拉斯环并不是完全隔断了印度洋和大西洋之间的生物联系。（3）阿古拉斯环老化过程中的群落变化：随着阿古拉斯环的老化，其内部的浮游生物群落会进一步发生变化。这种变化可能反映了环境条件（如温度、盐度、营养盐浓度等）的逐渐改变，以及不同物种对环境变化的适应能力和竞争能力的差异。（4）遗传多样性和功能特性的分析：通过遗传多样性和功能特性的分析，研究团队发现，尽管印度洋和大西洋之间的浮游生物存在高度的遗传相似性，但阿古拉斯环内部的浮游生物群落仍然具有独特的遗传结构和功能特性。这些特性可能有助于这些物种在特定环境条件下生存和繁衍。

来源：Science