本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
為了慶祝《大眾科學》部落格網路上的化學日，我
挖掘並部分改寫了一篇來自“培養科學”檔案館的關於生態化學的帖子。 請享用！
二甲基硫醚。這個詞對你來說意味著什麼嗎？ “是的，”你們這些有機化學愛好者可能會說，“它顯然是一個硫分子，帶有兩個甲基。” 這就是我本可以達到的程度 - 直到上週（2010年7月19日），我讓自己沉浸在關於二甲基硫醚（DMS）的資訊中，靈感來自一篇發表在《科學》雜誌上的論文。 現在我開悟了 - 多麼美妙的分子！ 讓我提前劇透一下：它是一種化學訊號，普遍存在於整個海洋食物網中，並且也影響著地球的氣候。（摘要見帖子底部的插圖。）沒錯。 僅僅是一個帶有兩個甲基的硫分子。 現在讓我們回溯一下。
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DMS 是一種硫化合物，約佔進入大氣層的天然還原硫總量的 60%（甚至超過火山或植被）。（資料上次更新於 2011 年 1 月。）我們傾向於認為大氣硫是有害的，因為它會導致酸雨。 但它也起著重要的作用，因為它有助於形成雲。 為了使水從氣體轉變為大氣中的液態雲，它需要附著在另一個粒子上：一個雲凝結核。 可以從 DMS 中提取的硫氧化物就是這些粒子之一。 雲不僅帶來降水，而且還有助於將陽光和熱量反射回太空，從而冷卻我們的地球。
一旦科學家意識到它作為雲凝結核的重要性，他們就開始尋找 DMS 的行星來源。 他們發現 95% 的大氣 DMS 源於海洋 - 但來自哪裡？ 正如我在右邊的圖畫中所示，它是在某些種類的浮游植物中形成的。 浮游植物將其細胞儲存的硫轉化為一種叫做二甲基磺丙酸酯（DMSP）的分子。 當細胞壁破裂時（通常是被草食動物消耗），浮游植物將 DMSP 和一種酶 DMSP-裂合酶釋放到周圍的水中。 這種 DMSP-裂合酶去除磷酸基團，從而得到我們今天最喜歡的分子 DMS。
聲名狼藉的生物化學家詹姆斯·洛夫洛克和他的少數追隨者在 1987 年將 DMS 納入大規模大氣理論中，提出了 CLAW 假說（以其作者命名）來支援他的 蓋亞假說。 蓋亞假說認為微生物調節地球的氣候以維持適合生命存在的條件。 CLAW 假說假設，氣候過暖會導致浮游植物產生更多的 DMSP，以便將 DMS 釋放到大氣中，從而偏轉陽光並導致全球降溫。 然而，與大多數對蓋亞假說的支援一樣，CLAW 要求浮游植物表現出利他主義，為了地球的利益而上調 DMS——這個概念在自然選擇的角度來看並沒有多大意義。（關於這一節和以上章節的良好評論可以在拉斐爾·西莫的這篇論文中找到。）
Justin Seymour、Rafel Simo 等人在本週《科學》雜誌上發表的一篇論文（2010 年 7 月 16 日）沒有考慮浮游植物為何釋放 DMSP，而是研究了 DMSP 對最小的食草動物——微生物的影響。 研究人員使用了一種微流體裝置來控制 DMSP 在海水中的擴散，並盡最大努力模仿其在開闊海洋中的運動。 他們測量了 4 種不同型別的微生物（7 個物種）對不同濃度的 DMSP 的吸引力強度。
受測生物以不同的方式與該分子相互作用。 一種藻類物種和兩種細菌吸收了它，大概是為了獲取其中的碳和硫。 一種藻類沒有反應，另一種藻類將 DMSP 分解為 DMS 並吸收了它。 最後兩種浮游生物物種朝著 DMSP 移動，不是因為它們想要消耗該分子，而是因為它們想要捕食那些靠近的生物。 一種草食性浮游動物奧氏屈撓蟲吞噬了被誘餌引誘的藻類，而一種掠食性浮游動物吃掉了消耗 DMSP 的細菌。
最後一部分最有趣：DMSP 是一種化學訊號，將最後兩個物種吸引到它們的浮游生物食物。 在所有可能從破裂的細胞中洩漏出來並指示獵物的分子中，正是這個分子 DMSP 發揮了作用。
故事並沒有到此結束，因為 DMSP 在更高的營養級也充當獵物指示劑。 加州大學戴維斯分校和北卡羅來納大學於 2008 年發表的一篇《科學》雜誌論文發現，食浮游生物的魚類聚集在 DMSP 熱點附近。 此外，Gabrielle Nevitt 在 2008 年回顧了文獻，講述了海鳥（目：鸌形目）如何透過嗅出 DMSP 來追蹤魚類和魷魚——而獵物本身也利用 DMSP 來定位它們的獵物。 在海豹和鯨鯊中也觀察到了類似的模式。
所有這些不同的物種都進化出了感知 DMSP 的能力，在所有分子中，DMSP 將它們引向食物。 為什麼是 DMSP？ 它有一些其他分子不具備的特殊之處：硫。 我們都知道這種氣味，也許正是這種臭味使其成為整個海洋食物網中如此普遍存在的指示劑。 在她的綜述中，Nevitt 討論了海鳥對 DMS 敏感性的進化。 她使用進化樹指出，只有那些依賴嗅覺單獨識別黑暗洞穴中食物的物種才在成年期具有 DMS 敏感性。
很想進一步深入思考這些捕食者-獵物關係如何影響受 DMS 影響的氣候。 我懷疑我們是否可以列舉任何直接的後果。《科學》雜誌論文的作者指出，“微生物行為在微觀化學景觀中展開，塑造了浮游生物食物網，同時可能在全球尺度上影響氣候。” DMS 可能會產生正反饋迴圈：它的初始釋放吸引草食動物開啟更多細胞並洩漏越來越多的 DMSP，反過來又吸引更多草食動物，以至無窮。
一些研究表明，光照、溫度和鹽度等氣候變數決定了哪些物種能夠繁榮，從而決定了產生多少 DMSP（Stefels 等人的綜述，此處）。 但在我看來，DMS 作為獵物線索的過程和 DMS 作為氣候調節器的過程是脫節的，因此不會以任何可預測的方式協同工作。 正如所有生物地球化學家所知，空氣中的物質通常來自我們賴以生存的物質：土壤和水。 這僅僅是微生物和非生物物質如何與氣候調節分子聯絡起來的另一個例子。
（旁註：我應該放棄嚴格的科學研究，轉行成為一名科學插畫家嗎？）
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Seymour, J., Simo, R., Ahmed, T., & Stocker, R. (2010). Chemoattraction to Dimethylsulfoniopropionate Throughout the Marine Microbial Food Web Science, 329 (5989), 342-345 DOI: 10.1126/science.1188418
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Stefels, J., Steinke, M., Turner, S., Malin, G., & Belviso, S. (2007). Environmental constraints on the production and removal of the climatically active gas dimethylsulphide (DMS) and implications for ecosystem modellingBiogeochemistry, 83 (1-3), 245-275 DOI: 10.1007/s10533-007-9091-5
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