科学家发现冰川融化速度加快背后的隐藏力量

五月，太阳升起，那颗遥远的恒星散发出的热量终于可以在皮肤上感受到温暖、刺痛的感觉。积雪开始融化。 花草破冰而出，渴求阳光。 与此同时，生活在冰层上的藻类大量繁殖，使冰层表面变黑。最近的一项研究发现，藻类可以储存营养物质，从而有可能使营养物质扩散到更多的冰原上，加速冰原变黑和融化。数千年来一直如此。

格陵兰冰原上的黑斑是春季冰雪融化时盛开的藻类。 在图片底部附近，您可以看到研究员劳拉-哈尔巴赫（Laura Halbach）正在采集藻类样本，以便进一步研究。 图片来源：劳拉-哈尔巴赫

但很快，这种情况可能会改变。 由于气候变化，每年春天来临的时间都会提前，这可能会让藻类在越来越大面积的冰面上定居。

这些藻类含有棕色色素，会使冰变黑，降低其反射阳光的能力。 因此，冰融化得更快。

极地研究人员早就知道这一点。 但人们认为，由于这片冰漠缺乏营养，藻类在冰上定居的能力有限。

从高处俯瞰探险队营地。 图片来源：劳拉-哈尔巴赫

发表在Nature Communications上的最新研究成果表明，藻类能够依靠极少的营养物质生存。 它们能够储存和积蓄能量。 这使它们有可能在比以前想象的更大的冰原上定居。

最近在奥胡斯大学环境科学系获得博士学位的劳拉-哈尔巴赫（Laura Halbach）和她的研究团队是这一发现的幕后推手。 现在，她是不来梅马克斯-普朗克研究所的博士后，继续揭开北极生态系统的神秘面纱。

"我这次格陵兰之行的主要目的是了解藻华形成的机制。 作为有史以来的第一位研究人员，我采用新方法测量了格陵兰冰原上单个藻类细胞的活性。 "她说："这让我发现了它们依靠极少养分生存和储存能量的能力。"

通过显微镜观察冰面上的藻类。 棕红色使冰呈现深色。 图片 d 显示了除藻类外，生活在冰上的其他几种微生物。 图片来源：《自然-通讯》

冰藻是一种小型单细胞生物。 细长、褐色、椭圆形。它们在世界各地的冰面上繁衍生息。 在格陵兰岛冰原、阿尔卑斯山以及喜马拉雅山和阿拉斯加的冰川上都发现过它们的踪迹。与植物一样，冰藻通过光合作用释放氧气，并产生有机分子。 它的生存需要阳光、水、二氧化碳以及少量的磷、氮和碳。在春季和夏季，冰藻大量繁殖，形成大片变黑的冰层。

不久前，格陵兰冰原还被认为是一片冰封的沙漠。 荒凉，几乎没有生命。 但自从奥胡斯大学和德国亥姆霍兹地球科学中心（GFZ Helmholtz Center for Geosciences）的第一批研究人员于 2020 年抵达这里后，这种情况逐渐发生了改变。

现在我们知道，冰层中充满了微生物生命。一次又一次的考察揭示了越来越多的冰藻的秘密生活。 一个重大突破是发现冰藻并不孤独。 冰上生活着一整套微生物生态系统：细菌、真菌甚至病毒。

探险队员在其中一个帐篷内。 图中（左起）为研究人员伊娃-多廷（Eva Doting）、雷伊-穆罗（Rey Mourot）、亚历山大-阿内西奥（Alexandre Anesio）、莉安-本宁（Liane G. Benning），图片下方为劳拉-哈尔巴赫（Laura Halbach）。 图片来源：劳拉-哈尔巴赫

但这使得他们很难对藻类进行具体研究。 当研究人员刮下变黑的冰层样本时，培养皿中充满了整个生态系统。 到目前为止，研究人员只能对所有微生物进行一次性操作和假设检验。 而这正是劳拉-哈尔巴赫想要改变的。

"如果融化一块表面的冰，会看到这些深色的藻类 但样本中除了雪藻，还有其他真核藻类、细菌和真菌等许多生物。通常的做法是培养整个群落。 你给它们提供一种营养物质，然后测量整个群落的吸收情况。 但是，现在还不清楚不同的生物体发挥了什么作用。"

由于劳拉-哈尔巴赫对了解冰藻在冰上生态系统中的作用很感兴趣，她不能只把它们分离出来。 相反，她给整个生态系统提供了标记营养物。 这种微小的同位素痕迹可以被一种叫做质谱仪的机器识别出来。

"可以说，我们给它们吃的食物贴上了标签。 这样我们就能知道谁吃了什么。"劳拉-哈尔巴赫解释说："结合一种叫做 SIMS 的机器（这种机器非常精确），我们就能测量单细胞的营养吸收情况。"

机器的数据显示，藻类有效地消耗了少量的营养物质，而且还储存了一些营养物质。 这是研究人员完全不知道的。

作为其博士项目的一部分，劳拉-哈尔巴赫与一群研究人员一起前往格陵兰岛，对冰藻进行实验。 她收集的样本后来让她发现了冰藻储存养分的独特能力，从而适应了地球上最恶劣的环境。 图片来源：Rey Mourot

"它们能非常有效地吸收冰面上有限的养分。 此外，我们还发现它们有能力储存磷，这对它们的新陈代谢至关重要。"

冰上的磷非常有限。 一些研究表明，磷来自当地含有含磷矿物质的岩石。 当岩石被侵蚀变成矿尘时，矿尘散落在冰面上，成为藻类的食物。

由于冰藻能够储存磷，因此它们有可能在这些营养物质含量非常有限的冰区定居。 因此，冰层变黑的范围可能会比以前想象的更大。

为了采集冰藻样本，劳拉-哈尔巴赫和她的同事们不得不长途跋涉，带着帐篷、补给品和实验设备来到荒凉的冰原上。 在这里，您可以看到他们在考察中带来的帐篷之一。 图片来源：劳拉-哈尔巴赫

"格陵兰岛每年都有新的冰层裸露出来，因为积雪融化的时间越来越早。 过去这里终年都有厚厚的积雪覆盖，但现在大片新的冰层暴露在阳光下，这就为藻类殖民开辟了这些区域，由于藻类只能依靠非常有限的养分生存，而这可能会发生得更早"

劳拉-哈尔巴赫的发现不仅令人着迷，而且非常重要，因为了解藻类的营养需求有助于我们更好地预测它们未来在格陵兰冰盖融化过程中的作用。 如今，微生物尚未被纳入大多数地球气候模型。

这些新发现有望被纳入气候模型，使其能够更精确地预测未来几年冰雪消融的情况，以及冰雪消融对全球气候的影响。

编译自/scitechdaily