由联合国环境署（UNEP）斥资，历时三年半（2009.11-2013.05）的Tara Oceans Expedition告一段落，在Science杂志上以封面形式重磅发布其研究成果，通过5篇论文揭开海洋微生物的神秘面纱。

为研究全球变暖对海洋生物多样性的影响，科学家们横跨大西洋、太平洋、南极和印度洋70000英里海域，探究浮游生物在地球生命系统中的角色、气候变化对海洋食物链的影响、海洋生物多样性的保存以及对抗污染和过度捕鱼的方法。

Tara Oceans研究团队结合生态学、系统生物学和海洋学来研究海洋中浮游生物。这项研究同时也得到了很多珍贵资源如海洋微生物内参基因列表、浮游生物包括病毒、原核生物、微小真核生物多样性普查表，为研究海洋微生物相互作用以及它们与环境互作提供方法论。

1、全球海洋微生物的结构与功能

Sunagawa等采集全球海洋68个位点的上层和中层海水243个样本进行宏基因组分析，得到7.2 TB数据，数据分析得到>4000万条来自于病毒、原核生物、微型真核生物的非冗余、大部份为新发现的序列，在富含原核生物的139个样本中发现>35000个物种。

分析环境因子（如温度、盐度、含氧量和营养）对微生物分布的影响发现在上层海水的垂直分层中，温度是影响微生物种群分布的主要因素。分析两个微生物生态系统（海洋与人体肠道）发现尽管这两个生态系统物理化学状态相差很大，但海洋微生物核心功能与人体肠道微生物的相似性>73%。

图1 Tara Oceans在全球海洋微生物种发现的新基因多样性

2、透光层海水中真核浮游生物多样性

De Vargas等通过Tara Oceans Expedition采集热带和温带海域透光层不同深度海水334个样本并分析其中真核微生物的多样性。为保证取样的完整性，根据微生物大小不同分为四个类别：piconanoplankton (0.8 to 5μm)，nanoplankton (5 to 20μm)，microplankton (20 to 180 μm) 和 mesoplankton (180 to 2000 μm)，利用18S rDNA V9区高通量测序分析其多样性，得到约15,000 OTUs，约1/3为未知真核生物种群，且大部分真核浮游生物属于异养原生单细胞生物种群。

图2 遗传学条码推测的透光层中真核浮游微生物营养生态多样性

3、海洋病毒种群模式及生态驱动力

Brum等同样利用Tara Oceans Expedition采集到的43个上层海水样本，通过高通量测序和电子显微镜进行宏病毒组分析。通过对病毒蛋白聚类簇、种群和形态分析展示了病毒分布的生物地理模式，发现病毒种群是随洋流被动转移并且由当地环境组成。同时，这项研究建立了一个全球海洋双链DNA（dsDNA）病毒数据库，验证了十年前提出的“种子库”理论，合理解释了不同地区有不同病毒群体多样性。

图3 病毒种群在海洋间的网络运动

4、全球浮游生物种群结构相互作用的决定因素

物种相互作用网络是由生物与非生物因素共同决定，之前的研究普遍认为非生物因素所起的作用比较大，但近期对生物因素的研究逐渐增多。Lima-Mendez等对313份浮游生物样本使用计算机建模来预测透光层海水中病毒、原核生物以及真核生物相互作用。发现环境因子并不能完全决定种群结构，浮游生物功能类型和进化群组在整个微生物网络结构中并不是随机分布的。研究鉴定了捕食者、初级生产者、病毒和共生体的相互作用，并使用显微镜对共生关系进行验证。

图4 共现网络结构中分类模式和地理模式

5、全球浮游生物种群结构相互作用的决定因素

厄加勒斯环流（Agulhas rings）是印度洋与大西洋之间海水交换的主要通道，它们对全球海洋循环的影响已被广泛认知，但它们在浮游植物转移过程中所扮演的角色一直未探明。Villar等研究发现，从粗略的分类结构来看，洋流对浮游生物种群结构影响不大，但跟洋流起源的印度洋相比，南大西洋浮游生物多样性明显发生改变。浮游生物随洋流从印度洋到南大西洋漂流过程中，环境因素的干扰重铸了其多样性。洋流中的垂直混合作用驱动着N循环和特定物种选择。

图5 N代谢相关基因的转移伴随着厄加勒斯初期环流中亚硝酸盐异常

参考文献

1、P.Bork et al., Tara Oceans studies plankton at planetary scale. Science 22, 873 (2015).

2、S.Sunagawa et al.,Structure and function of the global ocean microbiome. Science 348, 1261359 (2015).

3、E.Villar et al., Environmental characteristics of Agulhas rings affect interocean plankton transport. Science 348, 1261447 (2015).

4、J.R.Brum et al., Patterns and ecological drivers of ocean viral communities. Science 348, 1261498 (2015).

5、C.de Vargas et al., Eukaryotic plankton diversity in the sunlit ocean. Science 348, 1261605 (2015).

6、G Lima-Mendez et al., Determinants of community structure in the global plankton interactome. Science 348, 1262037 (2015).

以上摘自诺禾致源https://www.novogene.com/index.php?controller=site&action=news_view&id=410

补记：大帆船的故事

由著名的医生兼探险家让-路易-艾蒂安（Jean-Louis Etienne）主持，海军建筑师吕克·布维和奥利维尔·珀蒂特设计，于1989年建造于法国。

后由彼得·布拉克掌舵，成为联合国环境规划署的主力科考船。

不幸的是，大帆船于2001年在巴西亚马逊河遭到海盗劫持，彼得·布拉克遇害。随后的两年，大帆船也被遗弃在码头。

2003年，法国服装品牌雅妮斯比（agnès b）总裁艾蒂安-伯戈购得此船，并将其改名为塔拉（Tara）。

艾蒂安-伯戈发起了塔拉探险项目，以提高人们多环境脆弱性的认识。

作为公益机构，Tara探险基金会于2003年就开始从事环境科考活动，而这一切都要从有着神话般传奇经历的Tara号帆船说起——Tara，为挑战极端条件而生！

Tara科考项目的实施，得益于项目发起者雅尼斯比和Etienne Bourgois对海洋的激情，以及他们的人文主义情怀、创新与开拓进取精神。

探索基金会组织航海活动的目的是为了了解海洋生态危机，以及气候变化对海洋的影响。

这些考察活动与众多著名实验室及科研机构合作开展。

同时，塔拉探索基金会还特别通过塔拉青年计划，致力于提高公众和年轻人的环保意识。

此外，Tara还发起倡议，动员公众及行业决策者们一起行动起来，做有益于为我们这个星球长远发展的事情。

十四年来，Tara帆船已经在全球各地进行了十次考察，抵达世界40多个国家，总航程超过35万公里。

Tara的研究人员们来自全球75个实验室及科研机构，覆盖21个科研领域。为了解海洋的真实状况，他们已采集了数以万计的样本，积累了宝贵的数据。

正如塔拉探索基金会总经理罗曼·特鲁布雷（RomainTroublé）所解释的那样，

“尽管人类世界还有着诸多不同的利益，但我相信在浩瀚的海洋面前，在海洋所承载的象征意义面前，我们全人类一定会再次团结在一起！”

如空气般不可或缺，如柴米油盐般息息相关，如全球化经济系统般统领一切——海洋，在我们地球生命体系的平衡中，起着至关重要的作用。海洋如此伟大，我们怎会视而不见？

其实科学家们早已指出了一系列直接对海洋造成危害的活动，比如：过度捕捞、各种污染、沿海混凝土浇筑。但通过我们这些年来的考察活动，发现人类对海洋造成的影响，更多是间接了、潜移默化的。

诸如海洋脱氧化、升温、酸化等等，这些现象还有待我们进一步的研究工作。

但毫无疑问的是，tara等机构于近期开展的，对海洋微生物（浮游生物）的科考工作，将有助于更准确的预测海洋的未来（这同时也是我们的未来），并进一步显示我们即将面对的挑战。

海洋是珍贵的，她是我们人类共同的财富。让我们共同祈愿，为了海洋的健康一起努力。这是我们共同的事业，它的意义超越了一切人类的分歧，是人类21世纪的事业！

   世纪的挑战就在我们面前！让我们携起手来，踏上Tara航海船的甲板，一起出征吧！

        以上摘自https://cn.oceans.taraexpeditions.org/