昆山杜克大学生物地球化学助理教授林亚娟博士和美国杜克大学的科学家们在8月16日发表于《自然-通讯》(Nature Communications)的一项研究中,将变暖的海水、消融的冰川与浮游生物群落的变化联系在了一起,并指出该变化可能会加速气候变化的进程。
这项始于2012年、历时五年的研究在西南极半岛进行,是在南极地区有史以来最长的基于DNA的浮游生物群落结构和持续碳输出的时间序列研究,并首次定量地将该区域浮游生物群落结构与海洋碳汇联系起来。该研究发现,水温与海冰覆盖面积是影响海洋微生物组成的两个主导因素。研究团队观察到海洋微生物的生物多样性下降(包括物种丰富度与均匀度),导致海洋对二氧化碳的吸收量减少,而二氧化碳是一种与全球变暖密切相关的气体。
该研究的第一作者林亚娟博士指出:“浮游生物是海洋中的隐形森林,它们从大气中吸收二氧化碳,因此其群落的变化至关重要。这项研究表明,南极半岛西部的这片‘森林’在此方面的作用可能有所减小。”
该研究主要由美国国家科学基金会授予杜克大学尼古拉斯环境学院生物地球化学教授尼可拉斯·卡萨(Nicolas Cassar)的经费所支持。研究团队与来自北卡罗来纳大学教堂山分校、罗格斯大学、哥伦比亚大学和英国南极调查局的合作科学家们,每年都到西南极半岛进行实地采样考察,大部分时间在极地考察船劳伦斯·M·古尔德号(Laurence M. Gould)上度过,并曾在美国南极帕尔默站(Palmer Station)以及英国南极罗瑟拉站(Rothera)短期停留。
研究者们采集包括藻类、微型浮游动物在内的海洋微生物DNA样本,同时也利用质谱仪监测海洋碳汇水平。每次实地考察结束后,研究者会在杜克大学和法国南特大学的实验室中进行数月的实验,利用高通量 DNA测序技术对样本进行分析,测量样本中的物种数量、群落组成、碳通量以及其他环境特征——DNA测序技术的应用使得这些测量不受其微观尺度的影响。
他们发现,海洋微生物群落与过去相比发生了显著的变化:在海冰减少的情况下,有些生物更好地适应了变暖的环境,有些则随着温度升高而减少。据林亚娟博士介绍,微生物群落的这种转变可能会对气候变化造成影响——他们对变化群落的分析显示,海洋微生物从大气中吸收的二氧化碳量有所减少。
林亚娟博士补充道:“我们的发现表明,气候变化对南极近海地区的持续影响可能会导致浮游生物的生物多样性和生物碳显著下降,从而影响南大洋对碳排放的缓解能力。”
在林亚娟博士研究成果的发表之前,政府间气候变化专门委员会(IPCC)刚刚发布了一份关于气候变化的最新报告,该报告详细阐述了未来几十年全球海洋、冰盖和土地变化将会带来的危险。而联合国气候变化大会(COP26)和联合国生物多样性大会(COP15)将分别在今年11月和10月召开,届时该研究可能会丰富关于生物多样性保护与气候变化的讨论。
“我们的研究结果使得气候变化和生物多样性的数据库更加完善,同时也可以让我们更加清晰地看到地球正在发生着什么样的变化,”林亚娟博士说道,“然而,要想证实这个变化模式,我们需要进行为期更长的研究。”
