ऑक्सीजन न्यूनतम क्षेत्र में प्रोकैरियोप्लांकटन समुदाय संरचना पर सूक्ष्म घुलित ऑक्सीजन का प्रभाव

पूर्वी उष्णकटिबंधीय उत्तरी प्रशांत (ईटीएनपी) एक विशाल, स्थायी और तीव्र ऑक्सीजन न्यूनतम क्षेत्र (ओएमजेड) है, जो वैश्विक ओएमजेड के कुल क्षेत्रफल का लगभग आधा हिस्सा है। ओएमजेड कोर (लगभग 350-700 मीटर गहराई) में, घुलित ऑक्सीजन आमतौर पर आधुनिक सेंसरों की विश्लेषणात्मक पहचान सीमा (लगभग 10 nM) के निकट या उससे नीचे होती है। ओएमजेड कोर के ऊपर और नीचे तीव्र ऑक्सीजन प्रवणता के कारण सूक्ष्मजीव समुदायों की ऊर्ध्वाधर संरचना होती है, जो कण-संबंधी (पीए) और मुक्त-जीवित (एफएल) आकार के अंशों के बीच भी भिन्न होती है। यहां, हम 16S एम्प्लिकॉन अनुक्रमण (iTags) का उपयोग करके एफएल और पीए आकार के अंशों के बीच और परिवेशीय रेडॉक्स स्थितियों की सीमा के भीतर प्रोकैरियोटिक आबादी की विविधता और वितरण का विश्लेषण करते हैं। हमारे अध्ययन क्षेत्र की जलवैज्ञानिक स्थितियां ईटीएनपी और अन्य ओएमजेड, जैसे कि ईटीएसपी में पहले बताई गई स्थितियों से भिन्न थीं। हमारे नमूना लेने के स्थान पर, ओएमजेड कोर में ऑक्सीजन की बहुत कम मात्रा (∼0.35 μM) मौजूद थी। परिणामस्वरूप, ओएमजेड कोर में आमतौर पर पाए जाने वाले नाइट्राइट संचय अनुपस्थित थे, साथ ही एनामोक्स बैक्टीरिया (ब्रोकाडिएल्स जीनस) के अनुक्रम भी अनुपस्थित थे।उम्मीदवारस्केलिंडुआ), जो आमतौर पर अन्य प्रणालियों में ऑक्सी-एनोक्सी सीमाओं के पार पाए जाते हैं। हालाँकि, अमोनिया-ऑक्सीकरण बैक्टीरिया (एओबी) और आर्किया (एओए) वितरण और अधिकतम स्वपोषी कार्बन आत्मसात्करण दरें (1.4 μM C ​​d)^–1) ओएमजेड कोर के शीर्ष के पास एक स्पष्ट अमोनियम सांद्रता अधिकतम के साथ मेल खाता था। इसके अलावा, जीनस के सदस्यनाइट्रोस्पिनाप्रमुख नाइट्राइट-ऑक्सीकरण करने वाले जीवाणु (NOB) समूह की उपस्थिति से पता चलता है कि अमोनिया और नाइट्राइट दोनों का ऑक्सीकरण ऑक्सीजन की सूक्ष्म सांद्रता पर होता है। समानता परीक्षण (ANOSIM) और गैर-मीट्रिक आयामी स्केलिंग (nMDS) के विश्लेषण से पता चला कि आकार के विभिन्न भागों में जीवाणु और आर्कियल के आनुवंशिक निरूपण में महत्वपूर्ण अंतर था। ANOSIM और iTag प्रोफाइल के आधार पर, PA समूहों की संरचना FL भाग की तुलना में प्रचलित गहराई-निर्भर जैव-रासायनिक व्यवस्था से कम प्रभावित थी। OMZ कोर में AOA, NOB और सूक्ष्म ऑक्सीजन की उपस्थिति के आधार पर, हम यह सुझाव देते हैं कि नाइट्रीकरण ETNP OMZ के इस क्षेत्र के नाइट्रोजन चक्र में एक सक्रिय प्रक्रिया है।

परिचय

जलवायु परिवर्तन और स्थानीय मानवीय गतिविधियों के परिणामस्वरूप, खुले महासागर और तटीय समुद्री प्रणालियों में घुलित ऑक्सीजन की सांद्रता में गिरावट आ रही है।ब्रेइटबर्ग एट अल., 2018पिछले 60 वर्षों के दौरान खुले महासागर से अनुमानित ऑक्सीजन की हानि 2% से अधिक है।श्मिटको एट अल., 2017), ऑक्सीजन की कमी वाले क्षेत्र के विस्तार के परिणामों के बारे में चिंताएं पैदा हो रही हैं (पॉलमियर और रुइज़-पिनो, 2009खुले महासागरों में कार्बनिक जल क्षेत्र (OMZ) तब बनते हैं जब सतह पर उच्च प्राथमिक उत्पादन उपसतही जल में जैविक ऑक्सीजन की मांग को बढ़ाता है जो गहराई में भौतिक वेंटिलेशन की दरों से अधिक होता है। OMZ जल स्तंभों में ऑक्सीजन की सांद्रता ऑक्सीजन-क्षीण कोर के ऊपर और नीचे तीव्र प्रवणता (ऑक्सीक्लाइन) दिखा सकती है, जिससे हाइपोक्सिक (आमतौर पर 2 और ~90 μM के बीच), सबऑक्सिक (<2 μM) और एनोक्सिक (पता लगाने की सीमा से नीचे (~10 nM)) विभिन्न आयामों की परतें बनती हैं।बर्टाग्नोली और स्टीवर्ट, 2018ऑक्सीजन प्रवणता के कारण इन व्यापक ऑक्सीक्लाइन के साथ मेटाज़ोअन और माइक्रोबियल समुदायों और जैव-भूरासायनिक प्रक्रियाओं का ऊर्ध्वाधर संरचनाकरण होता है।बेलमार एट अल., 2011).

पूर्वी उष्णकटिबंधीय उत्तरी प्रशांत (ईटीएनपी) और दक्षिणी प्रशांत (ईटीएसपी) के कार्बनिक जलक्षेत्रों में नाइट्रोजन हानि की कुछ उच्चतम दरें दर्ज की गई हैं।कॉलबेक एट अल., 2017;पेन एट अल., 2019), स्थायी रूप से स्तरीकृत कैरियाको बेसिन (मोंटेस एट अल., 2013), अरब सागर (वार्ड एट अल., 2009), और बेंग्वेला अपवेलिंग सिस्टम का ओएमजेड (कुयपर्स एट अल., 2005इन प्रणालियों में, मानक डीनाइट्रिफिकेशन (नाइट्रेट का नाइट्रोजन मध्यवर्ती और अक्सर डाइनाइट्रोजन गैस में विषमपोषी अपचयन) और एनामोक्स (अवायवीय अमोनियम ऑक्सीकरण) की सूक्ष्मजीवीय प्रक्रियाएं नाइट्रोजन की हानि का कारण बनती हैं जो संभावित रूप से प्राथमिक उत्पादन को सीमित कर सकती हैं।वार्ड एट अल., 2007इसके अलावा, समुद्री जलक्षेत्रों में होने वाले सूक्ष्मजीवों द्वारा नाइट्रीकरण के कारण होने वाले नाइट्रस ऑक्साइड उत्सर्जन (एक शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस) का अनुमान है कि यह वैश्विक प्राकृतिक नाइट्रस ऑक्साइड उत्सर्जन के कम से कम एक तिहाई हिस्से के लिए जिम्मेदार है।नक़वी एट अल., 2010).

ईटीएनपी ओएमजेड एक बड़ा, स्थायी और तीव्र होता हुआ ऑक्सीजन न्यूनतम क्षेत्र है जो वैश्विक ओएमजेड के कुल क्षेत्रफल का लगभग आधा हिस्सा है, और यह 0-25° उत्तरी अक्षांश और 75 और 180° पश्चिमी देशांतर के बीच स्थित है।पॉलमियर और रुइज़-पिनो, 2009;श्मिटको एट अल., 2017उनके पारिस्थितिक महत्व के कारण, विभिन्न ईटीएनपी ओएमजेड क्षेत्रों के जैव-भू-रसायन और सूक्ष्मजीव विविधता का गहन अध्ययन किया गया है (उदाहरण के लिए,बेमन और कैरोलन, 2013;ड्यूरेट एट अल., 2015;गणेश एट अल., 2015;क्रोनोपौलू एट अल., 2017;पैक एट अल., 2015;पेंग एट अल., 2015पिछले अध्ययनों से पता चलता है कि इस ओएमजेड कोर (लगभग 250-750 मीटर गहराई) में घुलित ऑक्सीजन आमतौर पर विश्लेषणात्मक पहचान सीमा (लगभग 10 एनएम) के निकट या उससे नीचे होती है।टियानो एट अल., 2014;गार्सिया-रोब्लेडो एट अल., 2017हालाँकि, ईटीएनपी के ओएमजेड (अध्ययन स्थल का स्थान ∼22°N) के उत्तरी किनारे पर 500 मीटर की गहराई पर ऑक्सीजन की सांद्रता 10 से 20 μM के बीच वार्षिक औसत तक पहुँच सकती है।पॉलमियर और रुइज़-पिनो, 2009(विश्व महासागर एटलस 2013 से प्राप्त आंकड़े)¹इस रिपोर्ट में वर्णित क्षेत्रीय अभियान के दौरान, हमने ओएमजेड कोर में ऑक्सीजन की पर्याप्त सांद्रता (0.35 μM) मापी, जो अमोनियम और नाइट्राइट ऑक्सीकरण जैसी वायवीय सूक्ष्मजीवी प्रक्रियाओं का समर्थन करने और महत्वपूर्ण अवायवीय सूक्ष्मजीवी प्रक्रियाओं को आंशिक रूप से बाधित करने के लिए पर्याप्त थी। वायवीय सूक्ष्मजीवी प्रक्रियाओं का पता पहले ईटीएनपी ओएमजेड की प्रतीत होने वाली सबऑक्सिक या एनोक्सिक परतों में लगाया गया है।पेंग एट अल., 2015;गार्सिया-रोब्लेडो एट अल., 2017;पेन एट अल., 2019हालाँकि, कार्बनिक जलक्षेत्रों में सूक्ष्मजीवों के विशिष्ट कार्यात्मक समूहों के वितरण और गतिविधियों को नियंत्रित करने वाले कारकों को अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है।

जहां ऑक्सीजन का पता नहीं लगाया जा सकता है, वहां नाइट्रिफायर की उपस्थिति को एपिसोडिक ऊर्ध्वाधर ऑक्सीजन वेंटिलेशन के कारण ऑक्सीक्लाइन की ऊर्ध्वाधर स्थिति में हाल के बदलावों द्वारा समझाया जा सकता है, जिससे ओएमजेड कोर के भीतर क्षणिक ट्रेस ऑक्सीजन स्तर हो सकते हैं।मुलर-कारगर एट अल., 2001;उल्लोआ एट अल., 2012;गार्सिया-रोब्लेडो एट अल., 2017ऐसी क्षणिक स्थितियों का लाभ नाइट्रिफायर सहित एरोबिक या माइक्रोएरोफिलिक आबादी द्वारा उठाया जा सकता है। इसके अलावा, एपिपेलैजिक से डूबने वाले कणों (एकत्रित कोशिकाएं, मल के कण और जटिल कार्बनिक पदार्थ) में ऑक्सीजन की थोड़ी मात्रा हो सकती है।गणेश एट अल., 2014इस प्रकार, ऑक्सीजन और वायवीय सूक्ष्मजीवों को ऑक्सीजन रहित जल में पहुँचाया जा सकता है, जिससे कणों के साथ अस्थायी रूप से वायवीय चयापचय हो सकता है। कणों को सूक्ष्मजीवीय जैव-रासायनिक चक्रण के हॉटस्पॉट के रूप में जाना जाता है।साइमन एट अल., 2002;गणेश एट अल., 2014और यह उन विपरीत अवायवीय या वायवीय सूक्ष्मजीवी प्रक्रियाओं का समर्थन कर सकता है जो मुक्त-जीवित अवस्था में नहीं देखी जाती हैं (एल्ड्रेडगे और कोहेन, 1987;राइट एट अल., 2012;सुटर एट अल., 2018).

वर्तमान अध्ययन में, हम 16S एम्प्लिकॉन अनुक्रमण (iTags) और बहुभिन्नरूपी सांख्यिकी का उपयोग करते हुए, ETNP के OMZ के उत्तरी किनारे पर स्थित प्रोकैरियोटिक समुदायों और उनके ऊर्ध्वाधर वितरण को प्रभावित करने वाले पर्यावरणीय कारकों की जांच करते हैं। हमने दो आकार के अंशों का अध्ययन किया: मुक्त-जीवित (0.2–2.7 μm) अंश, और कण-संबद्ध अंश (>2.7 μm, जिसमें कणों के साथ-साथ प्रोटिस्टन कोशिकाएं भी शामिल हैं), ऑक्सीक्लाइन के साथ विभिन्न गहराइयों पर, जो अलग-अलग रेडॉक्स स्थितियों के अनुरूप हैं।

हम विभिन्न मापदंडों वाले घुलित ऑक्सीजन सेंसर उपलब्ध करा सकते हैं, जिससे आणविक सांद्रता की वास्तविक समय में निगरानी की जा सके। परामर्श के लिए आपका स्वागत है।

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