创新背景

由于营养供应和全球变暖导致的逐渐环境变化会导致湖泊和沿海水域的氧气浓度突然下降，对鱼类和其他水生生物产生负面影响。由UvA教授Jef Huisman和Gerard Muyzer领导的一项新研究表明，微生物在这些灾难性的环境更迭中起着关键作用。研究结果发表在科学杂志《自然通讯》上。

创新过程

逐渐的环境变化可以突然导致物种组成和生态系统功能的重大变化。这种转变的一个众所周知的例子是无氧水的出现，导致鱼类和各种其他水生动物的大规模死亡。

尽管贫氧水的形成是一个众所周知的现象，但在其中发挥作用的潜在过程尚未完全了解。

硫细菌接管模型

来自UvA生物多样性和生态系统动力学研究所（IBED）的研究人员与爱丁堡大学的同事一起开发了一个数学模型，以研究微生物的物种组成如何与水中的氧气浓度相互作用。

他们发现湖泊可以处于两种不同的稳定状态：富氧和低氧。从富氧水到贫氧水的过渡采取政权转变的形式。当氧气供应逐渐减少时，最初产氧藻类会保持下去，让水富含氧气一段时间。然而，如果氧含量低于临界阈值，物种组成就会发生变化，硫酸盐还原细菌和光合硫细菌就会占据主导地位。这会导致硫化物浓度增加。结果产生氧气的藻类死亡，仍然存在的氧气被捕获，并且从富氧水到贫氧水发生了快速变化。

由于细菌物种组成的这些变化，恢复到富氧条件并不容易。系统出现滞后。厌氧硫细菌的存在维持了高硫化物浓度，稳定了贫氧条件。因此，水需要比原始氧气供应大得多的氧气供应才能恢复到富氧状态。

大规模物种死亡率

为了检验模型的预测，研究人员研究了在更深的水层中具有季节性氧气波动的小湖。湖泊在夏季从贫氧水向冬季富氧水的过渡中表现出滞后，将深层贫氧水与顶层的富氧水混合，最初导致整个水柱缺氧。

微生物物种组成的变化也符合模型的预测。在沿海水域也观察到了类似的现象，那里的营养物质过多导致缺氧，硫化物浓度高，导致鱼类、贝类和许多其他物种大量死亡。

创新价值

研究人员指出在地质过去这种转变似乎在全球范围内发生，出现了变暖和高碳的时期。海洋大部分地区的氧气浓度急剧下降。该研究的结果是一个明确的警告，即目前湖泊和海洋的变暖加上营养物质的供应，可以越来越多地将这些生态系统推向一个临界点，进入不容易逆转的缺氧条件。