自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室

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印度洋中脊热液区生物多样性完成阶段性研究

印度洋中脊类型多样,发育有多个热液区和独特的生物群落,且拥有最多的多金属硫化物勘探合同区,但对其生物多样性的调查和研究却最少。为应对将来可能的深海采矿以及公海保护区,当前亟需从整体上认识印度洋各个区域热液区生物的多样性及特殊性,同时识别和划分生物区系,为建立区域生物多样性保护提供区域框架。早期国外的研究主要集中在中印度洋中脊热液区。而鉴于热液区生物多样性高度区域化的特征,这些研究显然无法满足当前需求。近5年来,MED大洋生态研究团队的周亚东博士联合国内外多家研究机构,系统整合中国大洋调查航次、日本印度洋调查航次获得的样品资料以及公开发表的数据,从多个层面对印度洋三条洋脊热液区的生物多样性开展研究。相关结果陆续发表在Zootaxa, Zookeys, Deep-Sea Research Part I, Frontiers in Marine Science, Royal Society Open Science和Diversity and Distribution等学术期刊。该团队系统描述了西北印度洋卡尔斯伯格脊和西南印度洋中脊6个热液区生物群落,确定物种名录103种;完成1新属、15新种的鉴定和命名;基于分子系统进化分析,揭示部分物种的进化来源;对于部分印度洋特有的跨洋脊广布种,应用遗传多样性分析手段,揭示了其跨洋脊的群体遗传结构,初步划分出具有不同遗传背景的群体的分布边界。针对印度洋热液区分区,该团队于2018年首次提出西南印度洋脊南、北段热液区可能对应不同的生物分区后,认识到印度洋热液生物多样性的分区可能有更精细的结构。在此基础上,进一步整合来自印度洋三条洋脊11个热液区的数据,拆分β多样性,选用其中的物种转换组分将11个热液区分为三个生物省:卡脊省(包括卡尔斯伯格脊三个热液区)、中印度洋省(包括中印度洋中脊所有热液区以及西南印度洋中脊北部的天成热液区)和西南印度洋省(包括西南印度洋中脊南部的热液区)。这种区域间差异既有地理距离的贡献,也可能与相邻两省间密集的转换断层/断裂带带来的隔离效应有关。这一分区模型同时也与部分广布种明显的遗传结构对应。团队基于多样性分布格局以及群体遗传多样性特征对各省热液区保护价值进行了初步评估:卡脊省的卧蚕热液区和西南印度洋省的龙旂热液区在各省内具有最高的多样性保护价值,而中印度洋省的保护措施可能需要同时施加于这几个热液区以尽可能保存该省的多样性。这些研究结果将为印度洋中脊区域环境管理计划的制定和海洋保护区的选划及生物多样性保护提供科学依据。图1 印度洋热液区报道的新物种图2 印度洋中脊识别的三个生物省以及部分广布种的遗传结构相关发表论文: [1] Zhou Y, Chen C, Zhang D et al., 2022. Delineating biogeographic regions in Indian Ocean deep-sea vents and implications for conservation. Diversity and Distribution, 10.1111/ddi.13535.[2] Han Y, Zhang D, Wang C & Zhou Y. 2021. Out of the Pacific: A New Alvinellid Worm (Annelida: Terebellida) From the Northern Indian Ocean Hydrothermal Vents. Frontiers in Marine Science 8, 669918.[3] Chen C, Zhou Y, Watanabe HK, et al., 2021. Neolepetopsid true limpets (Gastropoda: Patellogastropoda) from Indian Ocean hot vents shed light on relationships among genera. Zoological Journal of the Linnean Society zlab081.[4] Chen C, Han Y, Copley JT & Zhou Y. 2021. A new peltospirid snail (Gastropoda: Neomphalida) adds to the unique biodiversity of Longqi vent field, Southwest Indian Ridge. Journal of Natural History, 55(13-14), 851-866.[5] Sun J, Zhou Y, Chen C, et al., 2020. Nearest vent, dearest friend: Biodiversity of Tiancheng vent field reveals unexpected cross-ridge similarities in the Indian Ocean. Royal Society Open Science, 7: 200110. http://dx.doi.org/10.1098/rsos.200110.[6] Wang Z, Xu T, Zhang Y, et al., 2020. Molecular phylogenetic and morphological analyses of the ‘monospecific’ Hesiolyra (Annelida: Hesionidae) reveal two new species. Deep-Sea Research Part I, 166: 103401. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2020.103401.[7] Zhou Y, Wang Y, Li Y, et al.,. 2020. First report of Osedax in the Indian Ocean indicative of trans-oceanic dispersal through the Southern Ocean. Marine Biodiversity, 50:4. https://doi.org/10.1007/s12526-019-01034-x.[8] Zhou Y, Chen C, Sun Y, Watanabe HK, Zhang R & Wang C*. 2019. Amphisamytha (Annelida: Ampharetidae) from Indian Ocean hydrothermal vents: Biogeographic implications. Deep-Sea Research Part I, 154: 103148. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2019.103148.[9] Zhou Y, Zhang D, Zhang R, et al., 2018. Characterization of vent fauna at three hydrothermal vent fields on the Southwest Indian Ridge: implications for biogeography and interannual dynamics on ultraslow-spreading ridges. Deep-Sea Research Part I, 137: 1–12. [10] Zhou Y, Wang Y, Zhang D & Wang C. 2018. Branchinotogluma bipapillata n. sp., a new branchiate scale worm (Annelida: Polynoidae) from two hydrothermal fields on the Southwest Indian Ridge. Zootaxa, 4482(3): 527–540.[11] Chen C, Zhou Y, Wang C & Copley JT. Two New Hot-Vent Peltospirid Snails (Gastropoda: Neomphalina) from Longqi Hydrothermal Field, Southwest Indian Ridge. Frontiers in Marine Science 2017, 4:392.[12] Zhang D, Zhou Y, Wang C & Rouse GW. 2017. A new species of Ophryotrocha (Annelida, Eunicida, Dorvilleidae) from hydrothermal vents on the Southwest Indian Ridge. Zookey, 687:1-9.[13] Zhou Y, Zhang D, Lu B & Wang C. 2017. Description of a new branchiate scale-worm (Polychaeta: Polynoidae) from the hydrothermal vent on Southwest Indian Ocean Ridge. Zootaxa, 4282(1):123-134.

2022-06-24 查看详情

海洋生物地球化学团队重建西北冰洋近百年来环境演变取得新进展

近日,我室海洋生物地球化学团队与法国索邦大学、中国极地研究中心、浙江大学和广东海洋大学等科研机构合作,在国际环境科学期刊《Environmental Research Letters》上发表了题为“Centennial-scale variability of sea-ice cover in the Chukchi Sea since AD 1850 based on biomarker reconstruction”的研究论文。该研究利用中国第4次北极科学考察在楚科奇海采集的沉积物柱状样,分析了其中的海冰和浮游植物生物标志物,探讨近150年来西北冰洋的环境演变。论文第一作者为白有成助理研究员,陈建芳研究员为通讯作者。  图 西北冰洋海冰与环境演变与多种环境要素对比海洋沉积物中的生物标志物高支链类异戊二烯(HBIs)由海冰硅藻产生,能反映海冰信息,因此被广泛应用于北冰洋古海洋环境重建。西北冰洋是近百年来海冰消退最快的区域之一,但由于沉积环境复杂,精确测年难度高,相关研究进展较慢。本研究利用楚科奇海北部的柱状样沉积物,分析了其中IP25和HBI-II、浮游植物生物标志物(甲藻甾醇、菜籽甾醇和HBI-III)的分布,探讨了其近150年来的变化。海冰生物标志物的结果表明,自1850年以来,西北冰洋海冰覆盖总体呈下降趋势。与此同时,更多的陆源物质被海冰和洋流输运到楚科奇海,证明全球变暖导致陆地径流增强。研究认为,西北冰洋近百年来的环境演变可能与北极涛动(AO)、太平洋年代际涛动(PDO)和大西洋多年代际涛动(AMO)等气候变化要素存在关联。本研究得到国家自然科学基金(41976229, 41306200, 41606052, 41941013)、国家重点研发计划(2019YFC1509101, 2019YEE0120900)、海洋二所专项(JG1911)和国家留学基金委蔡元培计划等项目资助。Youcheng Bai, Marie-Alexandrine Sicre, Jian Ren, Bassem Jalali, Vincent Klein, Hongliang Li, Long Lin, Zhongqiang Ji, Liang Su, Qingmei Zhu, Haiyan Jin, Jianfang Chen*, 2022. Centennial-scale variability of sea-ice cover in the Chukchi Sea since AD 1850 based on biomarker reconstruction. Environmental Research Letters, 17, 044058. DOI: 10.1088/1748-9326/ac5f9PDF下载

2022-04-06 查看详情

碳化学研究团队在对台风后海水二氧化碳的变化机制研究中获得重要认识

近日,我室碳化学研究团队在海洋学主流期刊《Continental Shelf Research》上发表了题为“Moderate CO2 sink due to phytoplankton bloom following a typhoon passage over the East China Sea”的研究论文。论文的第一作者为于培松副研究员。台风过程可以在短期内急剧改变大气和海洋环境条件,从而影响海洋碳循环和海-气碳交换。之前的研究普遍认为台风造成的海水垂直混合和上升流将深层的高CO2水带到了海洋表层,与台风期间的高风速形成叠加效应,极大地增加了海洋CO2排放。但在另一方面,深层水的上升也会带来大量的营养盐,在台风过后适宜的光线和环境条件下,能够促进浮游植物的生长,从而降低海表pCO2,形成潜在的碳汇区。由于现场观测和采样的困难,目前对于台风后海水CO2的变化机制及其对海-气碳交换的贡献还缺乏足够的认识。2017年9月,强台风泰利经过东海,随后的几天卫星遥感显示东海海表形成了大面积的高Chla区域,所“长江口与邻近东海多学科长期观测计划 (LORCE)”组织特别航次,对这一现象进行了现场观测。结果表明,相比于周边海水,高Chla水团具有明显低温、高盐、低pCO2的特征,反映出台风造成的垂直混合和上升流改变了东海水体的物理和化学结构。在深层水高营养盐的供给下,海表形成了生物旺发,叶绿素a和初级生产力显著升高,且持续至少8天时间。海表pCO2的变化受深层水高CO2上升和生物作用的共同影响,两者效应相反,结果是强烈的生物活动占据优势,显著降低了海表pCO2。进一步结合现场观测和遥感数据,发现生物作用改变了东海局地碳源汇状态,将原本接近海-气CO2平衡的东海外陆架转变为中等强度的大气CO2碳汇区,8天时间里海洋生物作用吸收的碳可以抵消掉28%台风经过时海洋排放的碳。这一结果极大地挑战了现有对东海海域碳源汇格局的认识,台风过程诱发的生物效应在评估台风对海-气碳通量的影响时扮演重要角色,需要进一步深入研究来揭示台风全过程对海-气碳通量的贡献及其背后的作用机制。图 台风过后东海形成大面积的高Chla低pCO2区域并成为大气碳汇 Peisong Yu, Xufeng Yang, Bin Wang, et al., 2022. Moderate CO2 sink due to phytoplankton bloom following a typhoon passage over the East China Sea. Continental Shelf Research. DOI: 10.1016/j.csr.2022.104696 PDF下载

2022-03-28 查看详情

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