海洋表层的光合作用微生物——Prochlorococcus，是已知最小、最丰盛的光合生物，约占全球每年从大气中固定碳的10%。长期以来，它被视为自由漂浮的“独行侠”，因为它在光照充足的表层快速生长、死亡，似乎对深海碳泵贡献有限。\ \ MIT的Chisholm实验室最近在《Nature Communications》上发表研究，首次系统展示Prochlorococcus能够形成黏附在颗粒表面的生物膜（biofilm），这为其碳封存提供了另一条路径。研究者在不同海域分离的多个分支（ecotype）中均观察到黏附表型，约6%的细胞在常规培养中粘附管壁，经过多代选择后粘附比例可升至85%。\ \ 基因组测序未发现导致黏附的突变，说明基因表达的可塑性使同一基因组的细胞在“自由漂浮”和“附着”两种状态之间切换。附着细胞的叶绿素含量更高，生长速率更慢，但向周围海水释放的有机碳几乎是自由细胞的两倍；部分细胞还能脱离生物膜重新成为漂浮群体。\ \ 生态学上，这种双重生活方式提升了种群在变动环境中的存活概率：漂浮细胞易获取光照并远距离扩散，附着细胞则可利用邻近微生物产生的营养并获得捕食者的保护，尽管随之增加了沉降出光照层的风险。\ \ 通过对海水样本的粒径过滤DNA分析，并结合Tara Oceans数据库，研究团队在所有样本中均检测到颗粒附着的Prochlorococcus，在夏威夷ALOHA站的光照层约占颗粒微生物群的12%。若这些附着细胞随沉降颗粒进入深海，初步估算每年可将约5×10⁸吨碳输送至深层海水。该数值仍属粗略一阶估计，受表层细胞丰度、黏附比例及沉降过程中被捕食的程度等因素影响。\ \ 该发现验证了长期的猜想：Prochlorococcus的附着行为可能在全球碳循环中扮演关键角色，为海洋碳泵提供了额外的“黏性”通道。后续研究正聚焦于不同海盆中附着比例的空间变异，以及附着细胞对同颗粒上其他微生物的营养供给效应——或许它们在提供“蛋糕”而非“纸板”。\ \ 点评：这项工作揭示了微观基因表达调控如何在宏观碳循环中产生放大效应，为海洋碳汇模型加入了新的变量，也提示未来在预测气候变化时需考虑微生物生活方式的多样性。