在神秘的海洋世界里，存在着一群默默发挥关键作用的 “小角色”—— 氨氧化微生物，包括氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）。它们参与的氨氧化过程，是海洋氮循环的关键起始步骤。氨氧化微生物将氨氧化为亚硝酸盐，这不仅为后续的硝化步骤及其他微生物过程提供能量来源，还对调节海洋中氮底物的有效性和海洋一氧化二氮的产生意义重大。
然而，尽管经过多年研究，科学家们对这些微生物的了解仍存在诸多空白。此前的研究多基于氨单加氧酶 α - 亚基（amoA）基因展开，但对于 AOA 和 AOB 在不同海洋栖息地的分布模式，我们的认知还十分有限。为了填补这一知识缺口，来自墨西哥国立自治大学海洋科学与湖沼学研究所（Unidad Académica de Ecología y Biodiversidad Acuática, Institute of Marine Sciences and Limnology, National Autonomous University of Mexico）的 Silvia Pajares 和 María del Carmen Pelayo 等研究人员，开展了一项全面的研究，并将成果发表在《Hydrobiologia》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们从多个数据库中收集了大量的 AOA 和 AOB 的 amoA 基因序列，构建了 amoA 基因数据库。之后，运用 QIIME 2、BioEdit 等软件对这些序列进行处理，进行系统发育和多样性分析，从而深入探究氨氧化微生物的多样性和分布模式。
在研究结果部分，研究人员发现，目前关于海洋 AOA - amoA 序列的研究主要集中在水柱（35 个站点）和沉积物（33 个站点），对底栖生物（7 个站点）和洋脊（6 个站点）的研究较少；海洋 AOB - amoA 序列的研究则多在沉积物（38 个站点），在底栖生物（10 个站点）、水柱（9 个站点）和洋脊（2 个站点）的研究较少。
从系统发育多样性来看，海洋 AOA 展现出比 AOB 更高的多样性，共识别出 25 个系统发育分支，其中 52% 的序列（386 个 OTU）未被归类到已知谱系；而 AOB 仅识别出 13 个系统发育分支。在已分类的 AOA 中，Ca. Nitrosopelagicus、Nitrosoarchaeum 和 Nitrosopumilus 是优势分支，且各有不同的栖息地偏好。例如，Ca. Nitrosopelagicus 在水柱中最为丰富，Nitrosoarchaeum 在沉积物中占优势，Nitrosopumilus 分布广泛。在 AOB 中，Nitrosospira 是最普遍的，其次是 Nitrosomonas 和 Nitrosococcus。
在生态位方面，研究表明不同环境因素显著影响着 AOA 和 AOB 的分布。海洋沉积物中氨氧化微生物的相对丰度较高，且 AOA 和 AOB 的 OTU 大多独特，与水柱中的群落不同。在水柱中，Ca. Nitrosopelagicus 在近岸和远洋栖息地较为常见，而大部分水柱 AOB 序列属于 Nitrosospira 分支 V，在河口和沿海栖息地占优势。AOA 在贫营养海洋水域占主导，这可能与其对氨的高亲和力、高效的碳固定机制和铜依赖的呼吸系统有关。在低氧的海洋最小含氧区（OMZ），AOA 同样占主导，而 AOB 在有氧环境中更易生存。此外，河口和沿海地区的 amoA 序列相对丰度和多样性最高，氨氧化微生物与底栖生物也密切相关，但 AOA 和 AOB 在底栖生物中的生态作用仍有待进一步研究。
综合来看，该研究意义重大。它揭示了海洋氨氧化微生物的多样性和分布模式，让我们对这些微生物在海洋生态系统中的作用有了更深入的理解。研究结果表明，AOA 和 AOB 在不同海洋环境中具有不同的生态位，这与它们的氧气亲和力、氨摄取系统和代谢能力差异有关。然而，目前仍有许多未被充分研究的海洋栖息地，如热液喷口、珊瑚礁、OMZ 和远洋区域等。未来，利用先进的测序和多组学方法，进一步研究这些区域的 AOA 和 AOB 种群的功能多样性和适应性，将有助于我们更全面地了解海洋氮循环，以及微生物在海洋生态系统中的重要作用。
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