The Arctic is undergoing numerous environmental transformations. As a result of rising temperatures and additional freshwater inputs, ice cover is changing, with profound impacts on organisms at the base of food webs and consequently on the entire Arctic ecosystem. Indeed, phytoplankton not only provide energy as lipids, but also essential fatty acids (EFA) that animals cannot synthesize and must acquire in their diet. Omega-3 (ω3) and omega-6 (ω6) polyunsaturated fatty acids (PUFA) are essential for the healthy development and function of organisms. The high energy potential of monounsaturated fatty acids (MUFA) is of particular importance in cold waters, and various fatty acids including saturated fatty acids (SFA) are involved in organismal responses to environmental stressors. Yet relatively little is known of how variability or change in physicochemical seawater properties (e.g., temperature, light, salinity, pH and nutrients) may affect lipid synthesis in polar environments, either directly, by altering algal physiology, or indirectly, by promoting shifts in phytoplankton species composition. Here we investigated these two possibilities by sampling along a 3,000-km transect spanning 28 degrees of latitude across the subarctic and Arctic domains of Canada. The taxonomic composition of phytoplankton mainly drove the FA profiles measured in particulate organic matter (POM). Strong, positive correlations between 16:1ω7 and diatoms were observed while the proportion of PUFA and ω6 FA increased with flagellate abundance. Among specific FAs, eicosapentaenoic acid (EPA; 20:5ω3) was positively correlated with diatoms but the expected relationship between docosahexaenoic acid (DHA; 22:6ω3) and dinoflagellates was not observed. Decreasing pH had a negative effect on EPA and MUFA proportions, and DHA proportions tended to decrease with higher temperature. These two effects were primarily driven by differences in phytoplankton assemblage composition. Overall, the results of this geographically extensive study provide new information into the use of lipid markers and the ecological determinants of FA synthesis in the North. It also highlights the importance of long-lived subsurface chlorophyll maximum layers in supplying PUFA-rich POM to the food web and suggests that this situation may persist despite ongoing changes in the physical environment.

中文翻译：

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北极西部和亚北极海藻脂的环境和生物决定因素

北极正在经历无数的环境转变。由于气温上升和额外的淡水输入，冰盖正在发生变化，对食物网底部的生物产生深远的影响，从而对整个北极生态系统产生深远的影响。事实上，浮游植物不仅以脂质的形式提供能量，还提供动物无法合成且必须从饮食中获取的必需脂肪酸 (EFA)。Omega-3 (ω3) 和 omega-6 (ω6) 多不饱和脂肪酸 (PUFA) 对生物体的健康发育和功能至关重要。单不饱和脂肪酸 (MUFA) 的高能量潜力在冷水中尤为重要，包括饱和脂肪酸 (SFA) 在内的各种脂肪酸参与了机体对环境压力的反应。然而，对于海水物理化学性质（例如，温度、光、盐度、pH 值和营养物质）的可变性或变化如何直接影响极地环境中的脂质合成，或者通过改变藻类生理学，或通过促进改变藻类生理学间接影响脂质合成，我们知之甚少。浮游植物物种组成。在这里，我们通过沿着横跨加拿大亚北极和北极区域的 3,000 公里横断面跨越 28 度纬度来研究这两种可能性。浮游植物的分类组成主要驱动在颗粒有机物 (POM) 中测量的 FA 剖面。观察到 16:1ω7 和硅藻之间存在强烈的正相关，而 PUFA 和 ω6 FA 的比例随着鞭毛虫丰度的增加而增加。在特定的脂肪酸中，二十碳五烯酸（EPA；20：5ω3) 与硅藻呈正相关，但未观察到二十二碳六烯酸 (DHA；22:6ω3) 与鞭毛藻之间的预期关系。降低 pH 值对 EPA 和 MUFA 的比例有负面影响，而 DHA 的比例往往随着温度的升高而降低。这两种影响主要是由浮游植物组合组成的差异驱动的。总体而言，这项地理范围广泛的研究结果为北方地区脂质标记物的使用和 FA 合成的生态决定因素提供了新信息。它还强调了长寿命的地下叶绿素最大层在向食物网提供富含 PUFA 的 POM 方面的重要性，并表明尽管物理环境不断变化，但这种情况可能会持续存在。6ω3) 和鞭毛藻未观察到。降低 pH 值对 EPA 和 MUFA 的比例有负面影响，而 DHA 的比例往往随着温度的升高而降低。这两种影响主要是由浮游植物组合组成的差异驱动的。总体而言，这项地理范围广泛的研究结果为北方地区脂质标记物的使用和 FA 合成的生态决定因素提供了新信息。它还强调了长寿命的地下叶绿素最大层在向食物网提供富含 PUFA 的 POM 方面的重要性，并表明尽管物理环境不断变化，但这种情况可能会持续存在。6ω3) 和鞭毛藻未观察到。降低 pH 值对 EPA 和 MUFA 的比例有负面影响，而 DHA 的比例往往随着温度的升高而降低。这两种影响主要是由浮游植物组合组成的差异驱动的。总体而言，这项地理范围广泛的研究结果为北方地区脂质标记物的使用和 FA 合成的生态决定因素提供了新信息。它还强调了长寿命的地下叶绿素最大层在向食物网提供富含 PUFA 的 POM 方面的重要性，并表明尽管物理环境不断变化，但这种情况可能会持续存在。这两种影响主要是由浮游植物组合组成的差异驱动的。总体而言，这项地理范围广泛的研究结果为北方地区脂质标记物的使用和 FA 合成的生态决定因素提供了新信息。它还强调了长寿命的地下叶绿素最大层在向食物网提供富含 PUFA 的 POM 方面的重要性，并表明尽管物理环境不断变化，但这种情况可能会持续存在。这两种影响主要是由浮游植物组合组成的差异驱动的。总体而言，这项地理范围广泛的研究结果为北方地区脂质标记物的使用和 FA 合成的生态决定因素提供了新信息。它还强调了长寿命的地下叶绿素最大层在向食物网提供富含 PUFA 的 POM 方面的重要性，并表明尽管物理环境不断变化，但这种情况可能会持续存在。