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從空氣到海洋：細菌如何參與碳循環，影響氣候？
在早期的科學探索中，細菌這個看不見的世界逐漸顯露出其在生態系統中的關鍵角色。由於細菌能夠在極其多樣的環境中生存，它們不僅是海洋與淡水系統的重要組成部分，更在全球碳與氮循環中扮演著不可或缺的角色。
據研究，每年有數百億噸的碳通過海洋進入大氣，而細菌在其中所扮演的角色越來越受到重視。這些微小的生物不僅提供了食物鏈中的基礎生產力，更以多種方式參與著關鍵的生物地球化學循環。
細菌在碳循環中的角色
碳循環的核心在於「生物碳泵」，它通過沉降有機質將大氣中的二氧化碳（CO2）轉移至海洋深層。當浮游植物進行光合作用時，它們會吸收CO2，隨著微生物的死亡，這些碳傳輸至海洋底部，長期儲存在海洋中。
「這一過程使得海洋成為全球碳庫，能夠影響氣候變遷的速度與程度。」
此外，細菌的活動還能影響溶解有機碳（DOC）的轉化，DOC在海洋中的老化過程中，許多微生物無法分解，導致這些有機碳可長期儲存在海洋中，顯示出其在碳循環中的重要性。
細菌的氮循環影響
氮循環同樣依賴於細菌，大量的微生物能夠進行氮固定、反硝化作用以及厭氧氨氧化等過程。這些過程將大氣中的氮（N2）轉化為植物可利用的氨（NH+4），再經過一系列步驟最終將氮釋放回大氣。
「細菌在氮的轉換中不僅促進植物成長，還是維持生態系統營養循環的關鍵。」
特定類型的細菌，如海洋中的Trichodesmium，不僅能進行光合作用，還能固定氮，是生態系統中不可或缺的組成部分。
細菌對硫循環的貢獻
細菌如Roseobacter和SAR11也在硫循環中發揮著重要作用。這些細菌參與了二甲基硫代丙酸(DMSP)的代謝，這是一種對環境和氣候有深遠影響的化合物。DMSP的代謝路徑決定了其對雲生成和氣候調節的影響。
「DMS的產生會影響全球氣候，事實上可能成為調節全球變暖的重要因素。」
而另一途徑——脫甲基化，則會使細菌吸收碳和硫，增加其生物量，這為微生物食物鏈增添了另一個層面。
生態系統中的食物網
細菌的活躍影響著海洋生態系統的營養結構。它們作為食物鏈的基石，支持著更高營養級的生物。而且細菌的增長與水中有機物的可用性、溫度及浮游動物的捕食行為息息相關。這些因素綜合影響著細菌與其他浮游生物的相互作用。
「在超低營養的環境中，細菌通常會更快地增長，因為它們能更有效地利用有限的資源。」
氣候變遷與細菌的未來
然而，氣候變化的影響正對這些微生物產生深遠的影響。隨著全球氣溫的上升，藍藻等細菌的有害水華現象愈發加劇，影響了水體生態的健康與穩定。例如，在某些富營養化的湖泊中，藍藻水華的爆發導致了水中氧氣的消耗，嚴重威脅到水生生態系統的生物多樣性。
「這些變遷是否將永久改變細菌在生態系統中的角色？未來的研究可能會揭示更多的答案。」
細菌不僅在碳循環、氮循環和硫循環中扮演重要角色，還是海洋生態系統健康的基石。隨著環境的變遷，我們是否能找到有效的方式來保護這些微小的生物，並藉此保衛我們的生態系統？
