本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
编者按：记者兼船员凯瑟琳·艾登特和科学家杰里米·雅克科特正在亚特兰蒂斯号研究船上进行为期一个月的航行，以采样和研究东热带太平洋的固氮作用，以及其他研究项目。这是详细介绍本次为ScientificAmerican.com进行的持续发现之旅的第四篇博文。
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亚特兰蒂斯号主甲板——在地球上容易获得的金属中，铁是最丰富的金属之一。我们每天都在以某种形式接触铁——无论是在我们呼吸的空气中，还是在我们工具、建筑物和车辆中使用的金属中。它甚至存在于我们的身体中。
世界海洋的大部分铁供应来自沙漠。风将来自非洲荒野和中东沙丘的尘埃带到广阔的水域，为光合作用播撒这种必需的营养物质。但是，正如科学家们正在了解的那样，风只能将尘埃带到那么远，东南太平洋的部分地区实际上是铁的死区。
这种缺铁现象迫使亚特兰蒂斯号研究船上的科学家提出问题：缺铁是否会影响固氮作用？使这个问题更难回答的是，他们正在采样的东热带南太平洋水域也缺氮，这可能意味着这里根本没有固氮生物。
“我们正在努力了解哪些营养物质控制着该地区的固氮作用，”研究各种营养物质对固氮生物影响的海洋生物地球化学家索菲·博内特说。“我感觉如果这里有一些营养物质，它们[固氮生物]可能会以更高的速率固氮。”
铁对于海洋固氮生物至关重要，这些丝状和单细胞生物将氮气转化为更可用的形式，如硝酸盐或铵盐。博内特说，在进行转化时，这些生物体使用的铁可能是仅需铁进行光合作用的生物的10到100倍，博内特来自法国马赛的研究所。
博内特与马赛大学的博士生朱利安·德凯泽马克一起建立了一个精细的水过滤和培养系统，对数十个水样进行加标（添加测量量的不同营养物质），以刺激光合作用和固氮作用，并在稍后测量结果。
在每个站点，博内特和德凯泽马克都设置了泵，将水从船的龙骨下方 30 英尺处抽到船上。他们与詹姆斯·莫菲特博士（南加州大学）合作，使用他专门设计的痕量金属无电导率、温度和深度 (CTD) 玫瑰花结，这是一种可以从水柱中不同深度采集水的仪器。
在留出一组瓶子作为对照后，他们然后添加不同量的铁、磷甚至葡萄糖，以查看哪种营养物质组合生物体可能反应最强烈，并让它们培养 24 小时。
“我们用铁给它们[一些瓶子]施肥，以尝试模拟尘埃的浓度，”博内特说。“在其中一些瓶子中，我们添加营养物质以尝试了解……当不再缺铁时，下一个限制因素是什么？是更多的氮吗？是更多的磷吗？”
然后他们添加示踪剂（在本例中为不同形式的氮），并将样品再培养 24 小时。最后，他们将水过滤到小的玻璃纤维滤膜上，这将记录这段时间内发生的任何变化。博内特说，总共，他们在每个站点使用 60 个瓶子，加起来有数百个样品。
他们的实验也必须非常小心。由于铁是一种如此丰富的物质——尤其是在金属船上——博内特和德凯泽马克必须确保他们的实验的任何部分，从采集水、装瓶、加标、过滤到储存，都不会被痕量铁污染。
这意味着他们不能使用任何可能接触过铁的东西，例如金属仪器，甚至不能将样品暴露在空气中。他们在他们开玩笑地称之为“气泡”的地方工作：一个带有高度过滤空气的塑料外壳，他们只使用专门设计的塑料工具和瓶子。博内特说，在进入这个空间之前，他们脱掉鞋子，穿上实验服和手套，以确保他们没有将铁痕迹带入其中。
这项工作以及他们与本次航行中的许多科学家的合作，最终将使他们能够测量各种参数，并与本次航行中的许多科学家合作。他们将测量每个瓶子中消耗了多少营养物质，计算固氮率，评估生物量是否增加，并确定哪些类型的生物体对实验做出反应。
“谁最喜欢铁？”博内特说。“了解谁对此感到高兴很有帮助。”
传统上，对固氮作用感兴趣的科学家一直关注最著名的固氮生物之一——道格·卡彭首席科学家是这方面的专家——束毛藻。这种多细胞生物，形状像细丝或一缕头发，漂浮在表面，呈可见的棕色斑块。但是这些生物需要特定的条件，例如大量的铁、高水温和低氧水平才能固氮，博内特说。
“当它们在这里时，它们确实固定了很多氮，”她说。“但是它们非常复杂。”
博内特认为还有其他生物也利用氮来繁衍生息。例如，小得多的单细胞生物，如微微浮游植物和纳浮游植物，以及一些细菌，可能会在水柱深处固定氮，这就是为什么他们使用 CTD 投放进行采样的原因，她说。
“我的感觉是，在这些水域中，我们将遇到更多这些小家伙，而不是束毛藻，”她说。“我们现在意识到，这些小型固氮生物占全球海洋固氮作用的很大一部分。”
对于所有小心地收集、加标和测量样品的辛勤工作，博内特和德凯泽马克甚至在回到实验室处理数据之前都不知道他们的实验是否有效。
“我不知道这里是否有任何固氮生物，尽管我们有它们存在的间接证据。如果有，它们是较小的固氮生物，”她说。“但即便如此，那也可能非常有趣。”
但是，如果亚特兰蒂斯号研究船上的 28 位科学家确实发现了固氮作用，他们将为汇编有关该地区这一过程的首批开创性数据做出贡献。
“这就是我们测量的原因，”她说。“只是想看看，只是想看看。”