预测营养受限生物圈的生物学特征

随着对潜在宜居行星大气的表征即将实现，生物特征搜索将在未来几十年成为主要研究领域。为理解可能指示外星生命的 atmospheric 特征，我们必须了解行星的非生物特征以及生命如何与其环境相互作用。在生物地球化学领域，生命-环境耦合系统的精细模型表明，许多针对地球生命的特定假设（例如特定的 ATP 维持成本）对于准确建模生物圈并非必要。我们探究了一个单物种微生物生物圈的简单模型，该生物圈将 CH4 作为微生物能量提取的副产物产生——称为 I 型生物特征。我们证明，尽管显著改变生物学参数会对生物圈总种群产生很大影响，但当生物圈受 H2 可用性限制时，此类改变对所得生物特征强度的影响极小。我们将模型扩展以包含更精确的微生物能量获取，并表明调整微生物参数可导致一种状态转变，使生物圈受能量可用性限制，不再完全利用可用 H2，从而影响所得生物特征的强度。我们证明，对于营养受限生物圈，识别限制营养物、理解控制其丰度的非生物过程、以及确定生物圈利用其的能力，比生物圈种群动态的细节省更为根本，对做出 I 型生物特征预测更为关键。