提到北極，人們首先想到那裏終年冰封，人跡罕至，是一片寂靜神秘的白色世界。
然而，在北極凍土中，卻存在著一個熱鬧的微生物世界。近日，中國科學院南京土壤研究所的褚海燕研究員及其團隊對北極土壤進行研究，發現了這些能“觀”氣候的微生物。
凍土中藏微生物
在人們所不熟知的北極凍土之中，褚海燕和他的團隊正在研究著不尋常的微生物種群。
“目前，要發現微生物的存在主要有傳統的培養微生物和對微生物DNA測序兩種方法。由於微生物的最適宜生長條件及所需的營養物質較難確定，土壤中隻有大約1%的微生物可以培養，絕大多數的微生物都是通過提取DNA進行測序探知。”褚海燕介紹道，“北極終年寒冷，氣候極端，我們主要通過提取土壤中的DNA進行高通量測序，來判斷北極土壤中細菌和真核微生物的類群。”
當然，北極的這種特殊環境也會影響微生物的生長。我們知道，溫度是影響微生物生長的諸多重要環境因素之一。從總體來看，微生物的生長溫度範圍跨度很大，從零下幾十攝氏度到一百攝氏度以上均發現有微生物存在。但是具體到某一微生物，隻能在較小的溫度範圍之中生長。各種微生物都有其生長繁殖的最低、最高和最適宜溫度。溫度過高或過低都會影響微生物的生長，而這種影響也會因微生物特性的不同而有所差別。
“低溫肯定會影響北極土壤裏的微生物生長。”褚海燕說，“在低溫的條件下，微生物的代謝及呼吸速率均會受到影響，相應的繁殖速率也會減慢。微生物分解速率減慢會導致北極儲存豐富的碳資源。”
微生物可“觀”氣候
由於微生物生命周期短、繁殖速率快，易於對氣候變化做出響應，因此，借助微生物研究氣候變化已成為國際科學研究的熱點。目前，主要關注微生物對模擬的增溫、降雨、二氧化碳濃度上升、氮添加的響應。
而由於生存環境的緩衝和微生物本身的抗脅迫能力的差異，微生物對氣候變化如何做出響應還沒有定論，但是大多數研究認為，氣候變化會影響微生物的群落結構。“我們在青藏高原高寒草甸模擬增溫研究中發現，15個月的模擬增溫會改變土壤細菌的群落結構。”褚海燕補充道，“此外，氣候變暖也會導致土壤中微生物的分解活動加劇，使其釋放更多的甲烷（溫室氣體的一種）和二氧化碳到大氣中，從而進一步加劇氣候變暖。”
目前，針對高寒生態係統對氣候的響應的研究已經日趨成熟。高寒生態係統處於高緯度、高海拔、氣候寒冷、凍土廣泛分布的地區，上述地區是全球氣候變化的敏感區。北極、青藏高原都屬於典型的高寒生態係統，這些區域的氣候變化速度高於全球平均水平。高寒生態係統對氣候變化的響應與反饋，對全球的生態環境均會產生重大影響。
褚海燕認為，微生物對氣候變化的響應可能有助於人們了解氣候變化的趨勢。某些微生物類群對氣候變化更為敏感，可以作為氣候變化的“指示器”，起到警示的作用。此外，微生物群落與氣候因子之間有較強的相關關係，可以互相預測。“我們最近利用氣候因子繪製了青藏高原土壤細菌的分布圖，並預測了其未來的變化。”褚海燕說
當然，北極土壤中的微生物對氣候變化響應的具體規律與內在機製是什麽，微生物對氣候變化的響應如何影響北極冰蓋，則有待更深入的研究。
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