细菌可以帮助研究人员测量海洋中能量产生的变化。
这有助于他们评估不同海洋环境中的生态系统。
这类信息有助于我们更好地理解气候变化对复杂生态系统的影响。
我们搭乘澳大利亚科研船“Investigator号”（RV Investigator）出海，历时63天，从南极冰缘一路航行至南太平洋温暖的赤道地区，共采集了387份水样。
我们的目标是什么？确定数千种不同微生物的基因密码如何能够揭示海洋的功能多样性，即海洋中细菌所执行的各类任务范围。
我们的研究该研究昨日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。研究表明，细菌如何帮助我们测量食物网基础层的能量产生变化。这些结果十分重要，因为它们凸显了一个新兴机遇：利用基因数据对不同海洋环境进行大规模生态系统评估。
鉴于气候正在迅速变化，这类信息至关重要，因为它将使我们能够循序渐进地解析自然的复杂性。最终，它将帮助我们减轻人类活动施加的压力，以保护和恢复我们宝贵的海洋生态系统。
我们为何要关注海洋细菌？
海洋覆盖了地球71%的面积，并维系着地球上的生命。在海洋的上层100米（即海洋中有阳光照射的部分），微生物生命十分丰富。事实上，它们负责产生全球高达50%的氧气。
这与近期人们确立的人体健康与人体微生物组（“肠道菌群”）之间的联系类似，海洋健康很大程度上受以下因素控制：其内部的细菌居民。
但细菌的作用远不止产生氧气。细菌维持并输送海洋中的能量、营养物质和有机物的流动。它们为整个海洋食物网提供能量和食物，从微小的甲壳类动物到鱼类幼体、鲸鱼以及我们食用的鱼类。
这些微生物还在众多生物地球化学循环中发挥关键作用（例如碳、氮、磷、硫和铁循环等）。
因此，量化它们的各类任务，并了解不同细菌物种及其功能如何应对环境变化，十分重要。
基础性问题
全球海洋研究计划（例如 GO-SHIP 和 GEOTRACES ）几十年来一直在类似我们这样的考察活动中，监测海洋的状况。它们测量温度、盐度、营养物质、痕量金属（铁、钴等）以及其他关键海洋变量。
然而，直到最近，这些计划才开始在其全球采样考察中测量生物变量，例如细菌基因数据。
纳入细菌基因数据以测量海洋状况，意味着我们可以尝试填补关键的知识空白，即细菌的多样性如何影响其各类任务。一种假设是：细菌多样性越高，生态系统的恢复力是否就越强，从而使其能够抵御气候变化的影响。
在我们的论文中，我们探讨了海洋微生物生态学这一全球领域中的一个基础性问题：细菌的身份与功能之间是什么关系？换言之，谁在做什么？
我们的发现
我们表明，可以将海洋细菌的基因密码与其执行的各类功能和任务相联系，并量化这些功能如何从南极洲到赤道发生变化。
发生变化的功能包括从大气中吸收二氧化碳、细菌生长、应对养分匮乏的策略以及有机物分解。
另一项关键发现是“海洋锋”能够在看似均匀的海洋中充当边界，从而形成具有特定任务的独特细菌群落。海洋锋是由温度和盐度等急剧变化所界定的不同水团。当水体交汇与混合之处，湍流十分剧烈。
我们记录到的亚热带锋面能量产生变化是一个明确的例证，该锋面将来自南大洋的较冷水体与热带的较暖水体分隔开来，它清楚地表明海洋锋如何影响海洋中的细菌功能。
追踪生态系统的变化
基于我们的研究，科学家或将开始利用细菌的功能多样性作为指标，追踪我们生态系统的变化，就如同煤矿中的金丝雀一般。
因此，细菌的功能多样性可用于测量人口增长和城市化如何影响沿海地区和河口。
例如，我们能够更准确、更全面地测量水产养殖网箱的环境足迹。已知这些网箱会因增加碳、氮、磷等营养物质的浓度而影响水质，而这些元素正是细菌所偏好利用的元素。
同样，我们还可以追踪河口所提供的环境服务的变化，例如河口在去除因农业径流和城市废物而进入水道的过量氮方面所发挥的重要作用。
全球44%的人口居住在沿海地区，预计流入海洋生态系统（包括河口）的氮量将会增加，从而给当地的海洋生物带来压力。
最终，利用基因数据对细菌多样性进行探究，并结合预测这些微观生命现在或将来在做什么的机会，将帮助我们更好地理解维系海洋生命的自然复杂相互作用。
