铁是生命必不可少的微量营养素，在呼吸、光合作用和DNA合成等过程中起着至关重要的作用。在现代海洋中，铁通常是限制因素，这意味着增加其可用性可以促进浮游植物固定碳，进而可能影响全球气候。

铁最终通过河流、融化的冰川、水热活动和尤其是风进入海洋和陆地生态系统。但其并非所有的化学形态都具有“生物反应性”，即并非所有的化学形态都能被生物体从环境中吸收。

“在这里，我们展示了撒哈拉沙漠的尘土被吹向大西洋西部的铁的特性，这些特性会随着行进的距离而改变：距离越大，铁的生物反应性就越强，”佛罗里达州立大学副教授兼《海洋科学前沿》新研究合著者杰里米·欧文斯博士说。

“这种关系表明，大气中的化学过程将生物反应性较低的铁转化为更易获得的形态。”

问题的核心

欧文斯和他的同事们测量了国际海洋发现计划（IODP）及其早期版本收集的大西洋海底钻探岩心中的生物活性铁和总铁的含量。IODP旨在增进我们对气候变化和海洋条件、地质过程以及生命起源的理解。研究人员根据这些岩心与所谓的撒哈拉-萨赫勒尘埃走廊的距离选择了四个岩心。后者从毛里塔尼亚延伸到乍得，是下风区尘埃结合铁的重要来源。

收集到的两条最接近该走廊的岩芯分别位于毛里塔尼亚西北部以西约200公里和500公里处，第三条位于大西洋中部，第四条位于佛罗里达州以东约500公里处。作者研究了这些岩芯的上层60到200米，这些部分反映了过去12万年——即上一个间冰期以来的沉积物。

他们利用等离子体质谱仪测量了这些岩芯的铁浓度总量和铁同位素浓度。这些同位素数据与撒哈拉沙漠的尘埃相吻合。

然后，他们使用了一系列化学反应来揭示沉积物中总铁的含量，这些铁以碳酸铁、针铁矿、赤铁矿、磁铁矿和黄铁矿的形式存在。虽然这些矿物中的铁没有生物反应活性，但可能通过海底地球化学过程从更具生物反应活性的形式中转化而来。

欧文斯说：“与以往的研究不同，我们没有专注于总铁含量，而是测量了海洋中容易溶解的铁，以及海洋生物在其代谢途径中可以获取的铁。”

“沉积物中只有一小部分铁具有生物可利用性，但在铁从其原始来源运走的过程中，这一比例可能会发生变化。我们的目标是探索这些关系。”

随风飘荡

结果显示，最西部岩芯中生物活性铁的比例低于最东部岩芯。这表明从尘埃中流失的生物活性铁的比例相应较大，这些生物活性铁很可能已被水柱中的生物体利用，因此从未到达底部的沉积物中。

“我们的研究结果表明，在远程大气传输过程中，原始非生物反应性粉尘结合铁的矿物特性会发生变化，使其更具生物反应性。然后，这种铁在到达海底之前，会被浮游植物吸收，”加州大学河滨分校教授、该研究的主要作者蒂莫西·莱昂斯博士表示。

里昂斯说：“我们得出的结论是，由于远离北非，并且因此能更长时间地暴露在大气化学过程中，所以到达亚马逊盆地和巴哈马等地区的尘埃可能含有特别可溶的、可供生命体利用的铁。”

“被运输的铁似乎正在以与铁肥对海洋和大陆生命的影响相同的方式刺激生物过程。这项研究是概念验证，证实了与铁结合的尘埃可以对其来源地以外广大地区的生命产生重大影响。”

参考文献：“Bridget Kenlee，Jeremy D. Owens，Robert Raiswell，Simon W. Poulton，Silke Severmann，Peter M. Sadler 和 Timothy W. Lyons 于 2024 年 7 月 26 日在《海洋科学前沿》上发表的《远距离尘埃运输提高了海洋中铁的生物有效性》”。DOI: 10.3389/fmars.2024.1428621

资金来源：美国国家科学基金会、美国国家航空航天局（NASA）外星生物学、阿尔弗雷德·P·斯隆基金会、NASA天体生物学研究所、NASA天体生物学研究跨学科联合体