据美国 Phys.org 网 6 月 18 日报道，一项由南非科学家领衔的研究发现，南极海冰中富含一种名为 DMSP（二甲基巯基丙酸内盐，dimethylsulfoniopropionate） 的有机硫化合物，其浓度在冬季比周围海水高出 38 倍。这种化合物不仅能帮助微生物抵御极端环境，其降解产物——二甲基硫（DMS, dimethylsulfide）和甲硫醇（MeSH, methanethiol）——还是重要的气候致冷气体。这一发现揭示了海冰微生物在调节极地气候中的关键作用。
南非阿古拉斯二号极地科考船在南大洋采样
研究表明，在冬季，南极洲周围的海冰实则是一个巨大的微生物储库，其中大多数微生物都有一个共同点：能够产生并分解一种已知能帮助生物在极端环境中生存的化合物。
DMSP 是海洋环境中地球上最丰富的有机硫化合物之一。除了帮助生物抵御环境压力外，其降解产生的二甲基硫和甲硫醇都是具有重要降温效应的气体。然而，在极地地区，DMSP 的作用仍未得到充分研究。以南大洋为例，直到最近，海冰仍被视为不适宜生存的环境，其中的微生物群落被认为对极地生态系统的贡献甚微。
发表于《自然·通讯》的一项新研究《DMSP 代谢塑造南大洋海冰与海水中的微生物生态及生理适应》指出，在南大洋冬季，海冰中的 DMSP 浓度比周围海水高出 38 倍。这一发现意义重大：每年 9 月海冰面积达到最大时，冰层会延伸覆盖约 2000 万平方公里，形成一个环绕南极大陆、宽度在 400 至 1900 公里的冰环。
此项研究由南非斯坦陵布什大学（Stellenbosch University）的科学家牵头，并与英国和意大利的科学家合作完成。
南大洋海冰：DMSP的“储库”
斯坦陵布什大学的海洋微生物学家、该论文第一作者迈伊·布特莱齐（Mayi Buthelezi）表示，他们的研究结果表明，南极海冰是一个高浓度的 DMSP 储库。
“除了高浓度的 DMSP 外，我们还发现了大量编码 DMSP 产生的藻类标记基因，以及各种以前未被发现的细菌生产者。这些过程是维持微生物在这些极端环境中实现生态和生理适应的核心，”他解释道。
研究结果揭示了南大洋海冰微生物中广泛存在的 DMSP 循环代谢途径，进一步证明这个看似不适宜居住的环境，实则是一个影响极地气候致冷循环的动态储库与转化枢纽。
斯坦陵布什大学南非“非洲微生物组创新”研究主席、本文通讯作者图拉尼·马哈拉尼亚内（Thulani Makhalanyane）表示，这一发现有助于理解南大洋在全球营养循环和气候调控中的作用。
“微生物群落对地球系统的具体贡献仍未得到充分重视。迄今为止，我们基本上只是在描述南大洋中存在哪些类型的微生物，以及它们与铁、锰等微量元素并不受限的其他海洋生态系统中的微生物有何差异，”他指出。
而今，研究展示了微生物群落如何促进重要含硫化合物的循环并对气候致冷作出贡献。接下来的任务是找到将这些微生物群落作为参数纳入地球系统模型的方法，以提高气候预测的准确性。
该研究的共同作者、英国欧洲生物信息学研究所（EMBL-EBI）的高级海洋数据管理员斯特凡·佩桑特（Stéphane Pesant）表示，这项研究的结果为“大西洋生态系统评估、预测和可持续性（AtlantECO）”研究与创新项目提供了关键知识。该项目是南非、巴西和欧洲科学家之间的合作项目。
“随着数据基础设施、生物信息学技术和人工智能的快速发展，我们开始利用海量的历史数据宝藏，识别这些观测数据在地理覆盖范围方面存在的重要空白，并着手填补它们，”她补充道。
冬季南大洋采样
本研究的样本采集于 2022 年 7 月 11 日至 22 日（南半球冬季），搭乘南非“阿古拉斯二号”（SA Agulhas II）极地研究船，在“南大洋季节性实验”（SCALE）考察期间完成。
在南半球冬季，南大洋海冰会大幅向北扩张至其边界。再加上全球最强劲的风力，导致科学家极难进入该区域采样。这也是为何此类冬季数据的科研价值，远高于夏季数据占比过高的现状。
参与此次考察的布特莱齐博士表示，他最初的目标是确定这一季节微生物的结构、组成和丰度。但他很快意识到，还必须了解在这种环境中发现极高浓度 DMSP 的生态学意义。
他解释道：“虽然 DMSP 的合成仅限于某些微生物类群，但这一过程在代谢成本上并不高昂。在生存压力条件下，当生物体无法在生长上投入过多能量时，它们会通过胞内合成或胞外摄入 DMSP 来维持生存。同时，DMSP 也是微生物重要的碳、硫源，这进一步解释了 DMSP 在海冰受限生存环境中的多重作用。”
宏基因组数据证实，与海水相比，海冰中 DMSP 的产量显著升高，数据显示海冰中能够合成 DMSP 的基因显著富集。这进一步证实了在海冰的极寒与高盐环境中，微生物对 DMSP 作为抗胁迫化合物存在高度需求。相反，海水环境中 DMSP 降解基因的丰度远高于合成基因，这表明在相对压力较小的环境中，微生物更倾向于将 DMSP 作为普通的能量来源（碳、硫源）。
布特莱齐博士在南大洋采集海冰芯样本
总之，海水和海冰中广泛存在的 DMSP 循环途径，标志着二甲基硫和甲硫醇这类挥发性气候致冷气体的产生。这项研究进一步强化了南大洋边缘冰区（Marginal Ice Zone）作为全球硫循环关键热点的重要性，证明该区域显著增强了气候调节的生物地球化学过程。
原文链接：https://phys.org/news/2026-06-sea-ice-microbes-survive-southern.html?sessionid=
文字编译 | 24级英文学院 罗颖茵 黄佳怡 编辑 | 24级英文学院 黄佳怡
