海洋系统孕育有生态结构迥异的食物网。这些食物网之间存在什么样的物质和能量的传递？未来气候和环境变化对食物网结构有什么影响？这关系到海洋生命的起源与演化。海洋是表层地球系统重要的汞库，也是无机汞转化为剧毒甲基汞的主要场所，而甲基汞能够随食物网物质和能量的传递进行生物富集和放大。通过研究食物网内和网间的汞循环有助认清海洋生态系统的物质和能量循环。
目前，大部分关于汞的来源、转化和富集的研究主要集中在小于1000米的上层海洋光能食物网。近年来，随着国际上特别是我国在深海装备和深海采样技术上的跨越式发展，占海水总体积超过70%的深层海洋汞的来源及循环也日益受到重视。我院同位素前沿科学研究中心孙若愚教授课题组与国外课题组曾通过测试海沟生物群中汞同位素组成，巧妙揭示了海沟生态系统的汞主要来自上层海洋食物网的甲基汞(Blum et al., 2020; Sun et al., 2020)（图1）。与海沟生态系统相比，以海底热液及冷泉生态系统为代表的化能自养食物网具有完全不同的物质和能量来源，其所孕育的繁盛生物群落是理解海洋汞循环过程的关键要素。
针对海底热液、冷泉生态系统汞的来源、转化及归趋等问题，孙若愚教授课题组与中科院深海所、中科院高能物理研究所以及法国国家科学研究中心-地中海海洋研究所的研究人员合作，以印度洋洋中脊热液区典型底栖生物（盲虾、贻贝、铠甲虾及鳞足螺等）以及中国南海冷泉区贻贝为研究对象，通过测试总汞/甲基汞含量以及碳、氮、汞稳定同位素组成，发现：1）海底热液能够释放大量的汞进入到深海环境，并沉积在近场硫化物中且被生物群落所吸收/富集；2）上层海洋光能食物网传输下来的甲基汞对深海热液/冷泉生物群汞的贡献非常低，后者主要从热液以及周围海水/沉积物吸收并富集汞。此外，研究还发现：3）热液硫化物可能是海洋重要的汞汇，其不但富集热液释放的汞，而且对上覆海水中汞的清除通量也很大。本研究进而认为深海的热液硫化物连同以前报道的海沟沉积物(Liu et al., 2021)一起贡献了非常大的深海汞埋藏通量，而此通量并未体现在《全球汞评估报告》中。
图1. 海洋不同生态系统食物网的汞同位素特征和汞传输模式简图
图2. 本研究被选为补充封面Supplementary Cover文章
本研究利用汞同位素揭示了不同深海生态系统的汞来源，对理解深海汞循环以及海洋的物质和能量的传递具有重要价值。相关成果以“Mercury Isotopes in Deep-Sea Epibenthic Biota Suggest Limited Hg Transfer from Photosynthetic to Chemosynthetic Food Webs”为题在Environmental Science & Technology上发表，并被选为补充封面（图2）。天津大学地科院博士生袁晶晶为论文第一作者。本研究得到国家自然科学基金，中国工程院院地合作重大咨询项目以及法国国家科学研究基金等项目的支持。
论文信息: Jingjing Yuan（袁晶晶）, Yi Liu（刘羿）, Shun Chen（陈顺）, Xiaotong Peng（彭晓彤）, Yu-Feng Li（李玉锋）, Songjing Li（李松旌）, Rui Zhang（张睿）, Wang Zheng（郑旺）, Jiubin Chen（陈玖斌）, Ruoyu Sun*（孙若愚）, and Lars-Eric Heimbürger-Boavida. Mercury Isotopes in Deep-Sea Epibenthic Biota Suggest Limited Hg Transfer from Photosynthetic to Chemosynthetic Food Webs. Environ. Sci. Technol. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.3c01276。
参考文献
[1] Blum, J.D., Drazen, J.C., Johnson, M.W., Popp, B.N., Motta, L.C. and Jamieson, A.J. (2020) Mercury isotopes identify near-surface marine mercury in deep-sea trench biota. P. Natl. Acad. Sci. USA 117, 29292-29298.
[2] Liu, M., Xiao, W., Zhang, Q., Yuan, S., Raymond, P.A., Chen, J., Liu, J., Tao, S., Xu, Y. and Wang, X. (2021) Substantial accumulation of mercury in the deepest parts of the ocean and implications for the environmental mercury cycle. P. Natl. Acad. Sci. USA 118, e2102629118.
[3] Sun, R., Yuan, J., Sonke, J.E., Zhang, Y., Zhang, T., Zheng, W., Chen, S., Meng, M., Chen, J., Liu, Y., Peng, X. and Liu, C. (2020) Methylmercury produced in upper oceans accumulates in deep Mariana Trench fauna. Nat. Commun. 11, 3389.
