冰层下的绽放：伊利湖中的微生物生命开始苏醒

冬季给五大湖带来了更冷、更冰的季节，尤其是伊利湖，2 月份伊利湖几乎完全结冰。随着春天的临近，湖水变得生机勃勃，充满了翻腾的沉积物和大量硅藻，这些微小的藻类即使在冰下也能茁壮成长。

伊利湖冰冷的冬天带来了意想不到的春天生命：大量硅藻在融化的水中旋转。这些微小的藻类正在改变科学家对湖水寒冷季节活动的看法。

研究这些生物的科学家发现，它们不仅有助于净化水质，还能在寒冷的月份维持水生食物网。它们聪明的生存策略是与细菌合作，附着在冰上并在弱光下进行光合作用。这种冰下藻华为了解该湖的冬季生态提供了新的见解，该湖曾被认为是休眠季节。

2024-2025 年冬季，大湖区遭遇严寒天气，频繁出现湖泊效应降雪，其影响显而易见。2 月份，湖区冰盖面积超过平均水平。尽管本季剩余时间的冰层厚度大多低于平均水平，但与前两个冬季的最低冰层厚度相比，它们更接近典型情况。

伊利湖是五大湖中最浅的一个，2025 年 2 月冰层覆盖率达到 95%，与季节性常态相符。随着春天的临近，冰层逐渐消退，湖面露出了生命的迹象。

3 月 10 日，美国宇航局Landsat 8上的陆地成像仪 (OLI)拍摄了上图伊利湖中部的图像。当时，冰覆盖了湖面约 33% 的面积。暴露在外的湖水中出现了沉积物和浮游植物的漩涡带，暗示着生物活动正在增多。

悬浮沉积物通常会在伊利湖的表层水域形成色彩斑斓的图案，尤其是在春季。强风及其产生的洋流会搅动浅湖床中的物质。湖底富含石英砂和淤泥，以及石灰岩中的碳酸钙。温莎大学大湖环境研究所所长迈克尔·麦凯说，拍摄这张照片时，大量悬浮物正在发生，这部分颜色就是由这些悬浮物形成的。

与此同时，一种名为硅藻的浮游植物的数量也大幅增加。这些微生物群落拥有硅质外壳和大量叶绿素，可能对地表水的颜色有所影响。尽管伊利湖（特别是其西部盆地）在夏季是有害藻华的热点地区，但一年中其他时间，不同的浮游植物群落仍可在湖中繁衍生息。

3 月 10 日，加拿大海岸警卫队破冰船采集的样本含有高浓度的叶绿素，表明春季藻类大量繁殖，并且硅藻占浮游植物总数的 80% 至 90%。样本取自冰缘附近，向西延伸约 80 公里（50 英里），测量结果与三天前美国海岸警卫队破冰船在伊利湖中部盆地采集的样本结果相符。

21 世纪初，科学家发现硅藻可以生活在伊利湖的冰层内部和下方。作为冬春季水华的主要成分，这些微生物在湖泊生态系统中发挥着重要作用，包括清除水中的污染物和构成水生食物网的基础。

后续研究揭示了它们在严酷冬季条件下生存的巧妙策略。硅藻与一种能够形成冰晶的细菌具有共生关系。这种关系使硅藻能够附着在湖冰的底部并获得进行光合作用所需的光线。研究人员发现，在某些冬季，冰层覆盖较稀疏导致某些硅藻物种的丰度较低，这对湖泊生态系统的影响尚不完全清楚。

“我们几十年来一直忽视这个时节，”田纳西大学水生微生物生态学研究小组主任史蒂文·威廉姆说。“[麦凯和我]很幸运能成为一支团队的一员，有机会在大约 18 年前的冬天重新调查伊利湖。”他说，关于季节之间关系的许多问题（例如硅藻水华如何影响夏季水华的开始和严重程度）仍有待进一步研究。“显然，这个湖一年四季都很活跃、生机勃勃。”

美国宇航局地球观测站图像由 Michala Garrison 拍摄，使用了美国地质调查局的 Landsat 数据。

编译自/ScitechDaily