一項新的研究顯示，全球溫度的上升可能使全世界廣泛的微生物群落從碳匯轉(zhuǎn)化為碳排放者，可能會引發(fā)氣候變化的臨界點。這些發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在英國生態(tài)學(xué)會的期刊《功能生態(tài)學(xué)》上。新的研究發(fā)現(xiàn)，在氣候變暖的情況下，海洋浮游生物和其他單細胞生物（被稱為混養(yǎng)微生物）--可以從碳匯轉(zhuǎn)換為碳排放。
在世界各地的湖泊和河流中發(fā)現(xiàn)，像這種單細胞生物Paramecium bursaria既能吃又能進行光合作用。像這樣的微生物在氣候變化中扮演著雙重角色，它們釋放或吸收二氧化碳--這種捕獲熱量的溫室氣體是變暖的主要驅(qū)動力--這取決于它們是依靠類似動物的生活方式還是類似植物的生活方式。資料來源：Daniel J. Wieczynski，杜克大學(xué)
(相關(guān)資料圖)
該研究還發(fā)現(xiàn)，這些生物在轉(zhuǎn)換之前的行為變化可以作為氣候變化臨界點的早期預(yù)警信號。然而，環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)水平的增加，如農(nóng)業(yè)徑流中的氮，會使這些警告信號變?nèi)酢?/p>
混合營養(yǎng)型微生物是能夠在像植物一樣進行光合作用（吸收二氧化碳）和像動物一樣進食（釋放二氧化碳）之間轉(zhuǎn)換的生物體。它們在全球范圍內(nèi)都很豐富，普遍存在于淡水和海洋環(huán)境中，估計占了海洋浮游生物的大部分。
杜克大學(xué)和加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員通過開發(fā)一個計算機模擬，模擬混合營養(yǎng)型微生物如何獲得能量以應(yīng)對變暖，發(fā)現(xiàn)在變暖條件下，混合營養(yǎng)型微生物從碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)樘寂欧耪摺?/p>
這些發(fā)現(xiàn)意味著，隨著溫度的升高，這些高度豐富的微生物群落可能從對地球的凈冷卻效應(yīng)變?yōu)閮羯郎匦?yīng)。
杜克大學(xué)的Daniel Wieczynski博士和該研究的主要作者說："我們的研究結(jié)果顯示，混合營養(yǎng)型微生物在生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的反應(yīng)中的作用比以前想象的要重要得多。通過將微生物群落轉(zhuǎn)化為應(yīng)對變暖的凈二氧化碳來源，混養(yǎng)微生物可以通過在生物圈和大氣層之間創(chuàng)造一個正反饋循環(huán)來進一步加速變暖。"
混合營養(yǎng)型原生動物Paramecium bursaria可以吃細菌或使用光合作用來獲得能量和碳。光合作用發(fā)生在生活在P bursaria細胞內(nèi)的內(nèi)共生小球藻（綠色球體）內(nèi)。
加州大學(xué)圣巴巴拉分校的Holly Moeller博士和該研究的共同作者補充說："由于混生蟲既能捕獲又能排放二氧化碳，它們就像"開關(guān)"，既能幫助減少氣候變化，也能使其惡化。這些蟲子很小，但它們的影響真的可以擴大。我們需要像這樣的模型來了解如何。"
杜克大學(xué)的Jean-Philippe Gibert博士和該研究的另一位共同作者說："目前最先進的長期氣候變化預(yù)測模型只是以一種極其還原的、部分的，或者有時是完全錯誤的方式來考慮微生物的作用。因此，非常需要像這樣的研究來提高我們對地球大氣過程的生物控制的廣泛理解。"
研究人員的模型還顯示，就在混合營養(yǎng)型微生物群落轉(zhuǎn)向排放二氧化碳之前，它們的豐度開始瘋狂波動。這些變化可以通過監(jiān)測混合營養(yǎng)型微生物的豐度在自然界中檢測出來，并為這些微生物可以作為氣候變化臨界點的早期預(yù)警信號帶來希望。
Wieczynski博士說："這些微生物可能作為快速氣候變化的災(zāi)難性影響的早期指標，這在泥炭地等目前是主要碳匯的生態(tài)系統(tǒng)中特別重要，因為在這些地方混合營養(yǎng)體的數(shù)量非常多"。
然而，研究人員還發(fā)現(xiàn)，這些早期預(yù)警信號可能會被環(huán)境中氮氣等營養(yǎng)物質(zhì)的增加所削弱，這些營養(yǎng)物質(zhì)通常是由農(nóng)業(yè)和廢水處理設(shè)施的徑流引起的。當更多的此類營養(yǎng)物質(zhì)被包括在模擬中時，研究人員發(fā)現(xiàn)，發(fā)生預(yù)警波動的溫度范圍開始縮小，直到最終信號消失，臨界點到來時沒有明顯的警告。
"檢測這些警告信號將是一個挑戰(zhàn)。特別是如果它們隨著營養(yǎng)物的污染而變得更加微妙"。莫勒博士說。"然而，錯過它們的影響是巨大的。我們可能會在一個更不理想的狀態(tài)下結(jié)束生態(tài)系統(tǒng)，向大氣中添加溫室氣體，而不是清除它們。"
在這項研究中，研究人員使用4度的溫度跨度進行了模擬，從19到23攝氏度。在未來五年內(nèi)，全球氣溫可能會比工業(yè)化前的水平高出1.5攝氏度，并有望在本世紀末突破2至4攝氏度。
研究人員提醒說，研究中使用的數(shù)學(xué)模型借鑒了有限的經(jīng)驗證據(jù)來調(diào)查變暖對微生物群體的影響。Wieczynski博士說："盡管模型是強有力的工具，但理論結(jié)果最終必須通過經(jīng)驗來檢驗。我們強烈主張對我們的結(jié)果進行進一步的實驗和觀察測試"。
