当前快讯:鲜为人知的单细胞微生物可能是气候转折点的早期预警信号

一组研究广泛存在但经常被忽视的一类微生物的科学家发现了一个可能加剧全球变暖的气候反馈回路。然而，这一发现带来了一线希望：它也可能是一个早期预警信号。利用计算机模拟，来自杜克大学和加州大学圣巴巴拉分校的研究人员已经证明，全球大部分海洋浮游生物，以及栖息在湖泊、泥炭地和其他生态系统中的众多单细胞生物，可能会达到一个临界点。

(相关资料图)

它们不是在吸收二氧化碳，而是开始做相反的事情。这种变化是它们的新陈代谢对变暖的反应方式的结果。二氧化碳是一种温室气体，这反过来可能会推动温度进一步上升--一个可能导致失控变化的正反馈回路，即少量的变暖会产生巨大的影响。

研究人员在6月1日发表在《功能生态学》杂志上的一项研究中报告说，但是通过仔细监测这些生物的丰度，我们也许能够在临界点到来之前预测到它的到来。

在这项新的研究中，研究人员专注于一群被称为mixotrophs的微小生物，之所以这样命名是因为它们混合了两种新陈代谢模式：它们可以像植物一样进行光合作用，或者像动物一样捕食食物，这取决于条件。

第一作者、杜克大学的博士后Daniel Wieczynski说："它们就像微生物世界的维纳斯捕蝇器。"

在光合作用期间，它们吸收二氧化碳，这是一种捕获热量的温室气体。而当它们进食时，它们会释放二氧化碳。杜克大学的高级作者Jean P. Gibert说，这些多功能的生物体在大多数全球变暖的模型中没有被考虑，然而它们在调节气候方面发挥着重要作用。

海洋中的大多数浮游生物--像硅藻类、甲藻类--都是混合营养体。它们在湖泊、泥炭地、潮湿的土壤中和落叶下面也很常见。Wieczynski说："如果你去最近的池塘或湖泊，舀一杯水放在显微镜下，你可能会发现成千上万甚至数百万的混合营养型微生物在游动。"

共同作者、加州大学圣巴巴拉分校助理教授霍利-莫勒（Holly Moeller）说："因为混养微生物既能捕获又能排放二氧化碳，它们就像"开关"，既能帮助减少气候变化，也能使其变得更糟。"

为了了解这些影响如何扩大，研究人员开发了一个数学模型，以预测随着气候的持续变暖，混血动物如何在不同的代谢模式之间转变。

研究人员使用4度的温度跨度运行他们的模型，从19到23摄氏度（66-73华氏度）。在未来五年内，全球气温可能会比工业化前的水平高出1.5摄氏度，并且在本世纪末之前有可能突破2至4摄氏度。

分析表明，天气越暖和，混合营养体就越依赖吃下食物，而不是通过光合作用制造食物，当它们这样做时，它们会改变碳输入和碳输出之间的平衡。

这些模型表明，最终我们可以看到这些微生物达到一个临界点--超过这个临界点，它们就会突然从碳汇变成碳源，产生净暖化效应而不是冷却效应。

这个临界点是很难消除的。研究结果表明，一旦它们越过了这个临界点，就需要大幅降温--超过一摄氏度--才能恢复它们的冷却效果。

但研究人员说，这并不全是坏消息。他们的研究结果还表明，如果我们注意混合动物丰度随时间的变化，也许可以提前发现这些转变。

Wieczynski说："就在一个临界点之前，它们的丰度突然开始剧烈地波动。如果你走到大自然中，看到从相对稳定的丰度突然变为快速波动，你就会知道它的到来。"

然而，早期预警信号是否可以检测到，可能取决于该研究揭示的另一个关键因素：富营养污染。

污水处理设施的排放以及农场和草坪的径流，加上化肥和动物粪便，可以将硝酸盐和磷酸盐等营养物质送入湖泊和溪流以及沿海水域。

当Wieczynski和他的同事在他们的模型中加入更多的此类营养物质时，他们发现发生明显波动的温度范围开始缩小，直到最后信号消失，临界点到来时没有明显的警告。

该模型的预测仍然需要用现实世界的观察来验证，但是它们"强调了投资于早期检测的价值，"Moeller说。

吉伯特说："临界点可能是短暂的，因此很难抓住。这篇论文为我们提供了一个搜索图像，一些需要注意的东西，并使这些临界点--尽管它们可能是短暂的--更有可能被发现。"

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