美国迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋、大气与地球科学学院的一项最新研究显示，栖息在鱼类肠道内的微生物，可能在重塑海洋化学组成和全球碳循环中发挥了出人意料的重要作用。研究团队发现，这些细菌或与宿主鱼类协同生成碳酸钙矿物，从而构成海洋中的一条重要碳汇途径，挑战了过去“仅由鱼类自身生理驱动这一过程”的传统认知。
研究由该学院前研究生安东尼·博纳科尔塔（Anthony Bonacolta）领衔，聚焦鱼类肠道中的细菌与宿主如何共同生成碳酸钙这一关键矿物。碳酸钙不仅深度参与海洋酸碱平衡等化学过程，也被视为海洋环境中重要的碳储存形式，对全球气候具有长远影响。
通常情况下，硬骨鱼类（即辐鳍鱼类）为维持体液渗透压平衡，会持续饮用海水。在这一过程中，它们的肠道会主动去除多余的钙离子和碳酸根离子，并将其以固态碳酸钙颗粒形式排出，这类颗粒被称为“鱼源碳酸盐”（ichthyocarbonates）。长期以来，科学界普遍认为，鱼源碳酸盐完全由鱼类自身的生理调节活动所驱动。本项研究则提出，新发现的肠道微生物参与，可能构成这一过程的重要“隐藏环节”。
论文的资深作者之一、该学院鱼类学梅泰格讲席教授、海洋生物学与生态学系主任马丁·格罗塞尔（Martin Grosell）指出，这项工作提示，人们需要重新审视鱼类肠道微生物群在鱼类生物学乃至全球海洋营养物质循环中的角色。他表示，以往被视为“纯粹由鱼自身完成”的矿物形成过程，如今更可能是一种鱼类与其肠道微生物紧密共生的结果。
为探究微生物在其中可能扮演的功能，研究团队以墨西哥湾蟾鱼（Gulf toadfish，学名 Opsanus beta）为实验对象，系统考察了不同盐度条件下鱼源碳酸盐的产生情况。实验将鱼类分别暴露于三种环境：低盐度的咸淡水（9‰）、正常海水（35‰）以及高盐度的超盐水（60‰）。此前研究已表明，随着环境盐度升高，鱼类在正常渗透调节过程中会增加鱼源碳酸盐的排出量。
此次实验结果显示，处于低盐度环境中的蟾鱼几乎不产生鱼源碳酸盐，而在正常海水条件下可观察到明显的碳酸盐颗粒排出，在超盐环境中这一产量则进一步升高。研究人员从多种不同位置采集样本，包括肠道不同分段、鱼源碳酸盐颗粒本身，以及鱼体周围水体，用以分析其中的微生物群落与基因表达状况。团队通过基因组测序识别样本中的微生物种类，并结合基因表达分析，推断这些微生物潜在的代谢途径和功能特征。
分析结果显示，在鱼肠和鱼源碳酸盐颗粒中，大量存在弧菌属微生物，尤其是 Photobacterium damselae damselae 亚种。基因功能分析提示，这些细菌具备与碳酸钙沉淀相关的特征和代谢路径，可能直接参与矿物形成环节，而非只是被动栖居于肠道环境中。研究团队据此推断，鱼类与其肠道微生物之间，极可能通过协同作用共同驱动鱼源碳酸盐的生成。
格罗塞尔强调，地球上绝大多数生命形态属于微生物，它们通过驱动养分循环、支撑生态系统功能，并以共生方式不断揭示生命多样性的全新侧面。海洋环境中的共生现象尤为丰富，而蟾鱼与弧菌之间在碳酸钙形成上的潜在共生关系，则为这一图景增添了一个颇具代表性的全新案例。
研究人员指出，这一发现为理解海洋生态系统如何影响海洋化学以及海洋碳循环提供了新的视角。如果后续研究能够进一步证实这一机制，意味着大量生活在鱼类体内的微生物，可能在更大尺度上参与影响碳储存过程以及整体海洋健康状况，其作用远超以往认识。