南海F冷泉区大型底栖生物同位素特征与营养结构的生态学意义

时间：2025年5月7日

来源：Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers

编辑推荐：

本研究针对南海F冷泉区大型底栖生物群落结构与功能机制不清的问题，通过稳定同位素(δ13C/δ15N)分析和贝叶斯混合模型，构建了包含4个营养级的22种生物食物网，揭示了渗漏区与非渗漏区群落的营养资源差异及复杂性特征，为深海化能合成生态系统营养动力学研究提供了新范式。

在深邃的南海海底，隐藏着一处被称为"F站点"的神秘冷泉生态系统。这里不断喷涌的富含甲烷和硫化氢的流体，孕育了独特的生物群落。与依赖阳光的浅海生态系统不同，冷泉生物的能量来源完全依赖于化能自养微生物（chemosynthetic bacteria），这些微生物能将无机物转化为有机物，支撑起整个食物网的基础。然而，科学家们对这类生态系统的营养结构和群落复杂性仍知之甚少。

中国科学院的研究团队利用"科学号"科考船和"发现号"ROV，在2021年对南海F站点进行了系统采样。他们采集了包括巨型贻贝（Gigantidas platifrons）和深海龙虾（Shinkaia crosnieri）在内的22种大型底栖生物，以及周围水体和沉积物样本。通过稳定同位素分析和贝叶斯混合模型等先进技术，研究人员首次系统揭示了该冷泉区的营养结构和群落复杂性特征。

样本收集与处理
研究团队采用ROV机械臂采集生物样本，通过保温生物箱保持样本完整性。对采集的22种生物样本进行组织处理，测定其碳氮稳定同位素比值（δ¹³C和δ¹⁵N），同时分析颗粒有机物（POM）和沉积有机物（SOM）的同位素特征。

环境与生物的稳定同位素特征
研究发现，渗漏区底部水体POM的δ¹³C值显著偏低（-32.58‰），表明受甲烷影响明显。生物样本的δ¹³C值跨度达15.5‰，δ¹⁵N跨度达12.6‰，反映出显著的营养级分化。其中，蛤类和贻贝等共生生物表现出最轻的δ¹³C值（-37.6‰至-35.1‰），证实其直接依赖化能自养微生物的营养策略。

稳定同位素特征
研究构建了包含4个营养级的食物网模型：1）初级生产者（化能自养菌）；2）初级消费者（共生生物）；3）次级消费者（捕食者）；4）顶级捕食者。贝叶斯混合模型显示，不同营养级生物对甲烷衍生碳源的利用程度存在显著差异。

结论
通过专业化指数（SpIndex）和贝叶斯指标比较发现，渗漏区群落的物种丰富度和营养多样性显著高于非渗漏区。这种差异主要源于渗漏区提供的多样化食物资源和复杂的生物相互作用。研究首次系统描绘了南海F冷泉区的营养结构，为理解深海化能合成生态系统的功能机制提供了重要依据。

该研究发表在《Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》上，不仅丰富了我们对深海极端环境生态系统的认知，也为全球冷泉生态系统的比较研究建立了重要参照。研究揭示的营养结构特征和群落复杂性指标，对未来深海生态系统保护和资源管理具有重要指导意义。