永久凍土解凍恐加劇全球變暖
2012-04-09
一項(xiàng)最新研究對這片凍土里的微生物會對解凍做出何種反應(yīng)進(jìn)行了調(diào)查，凍土解凍是氣候變化造成的。隨著世界逐漸轉(zhuǎn)暖，冰封在永久凍土下的世界將會恢復(fù)生機(jī)，研究人員擔(dān)心凍土里的微小生物會產(chǎn)生大量溫室氣體，使全球變暖進(jìn)一步加劇。
加利福尼亞州勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的高級科技研究員珍妮特-揚(yáng)森說：“永久凍土正在解凍，但在此之前沒人留意微生物會發(fā)生什么變化。”她領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究，記錄下阿拉斯加永久凍土在1200年來首次解凍所發(fā)生的一切。揚(yáng)森說：“我們現(xiàn)在所看到的，是以前不曾看到過的。”
她與同事們一起給凍土和解凍的永久凍土里的微生物的遺傳材料排序。通過這種方式，他們還發(fā)現(xiàn)一種對科學(xué)來說全新的微生物，并給它的遺傳基因藍(lán)圖或稱基因組排序。永久凍土幾乎與它聽起來一樣，這里的土已經(jīng)被冰封數(shù)千年，甚至是幾十萬年，里面充滿死亡植物和其他在永久凍土形成時(shí)出現(xiàn)的曾經(jīng)有生命的東西。不斷升高的全球氣溫導(dǎo)致這里面的有機(jī)物解凍，微生物開始分解這些有機(jī)質(zhì)。在這個(gè)過程中，它們會釋放出大量含碳的溫室氣體。科學(xué)家尤其擔(dān)心這一過程會把大量甲烷排放到大氣里，這種物質(zhì)含有碳，是一種非常有效的“全球加熱器”。由于永久凍土里封存了大量的碳，科學(xué)家擔(dān)心凍土解凍會導(dǎo)致全球變暖進(jìn)一步加劇。例如，據(jù)估計(jì)北極永久凍土里包含的溫室氣體，超過美國2009年的溫室氣體排量的250倍。
為了計(jì)算出會有多少微生物對一個(gè)不斷升溫的世界做出反應(yīng)，研究人員使用了阿拉斯加州赫斯溪的永久凍土和永久凍土上的冰層（夏季它會融化，被認(rèn)為是“活性層”）樣本。他們給兩個(gè)樣本包含的DNA排序，這種方法被稱作宏基因組學(xué)。然后把這些樣本保存在41華氏度（5攝氏度）的環(huán)境下，讓它們解凍。并在2天和7天后分別再次對樣本里的遺傳物質(zhì)進(jìn)行檢測。他們還測量了樣本釋放出來的氣體的濃度。2天后，他們發(fā)現(xiàn)甲烷數(shù)量顯著增加。7天后，甲烷的濃度顯著下降，但是并未完全消失。與甲烷不同，這些樣本釋放的二氧化碳量仍在繼續(xù)增加。
研究人員利用遺傳證據(jù)，能夠看到不同凍土帶和活性層的細(xì)菌群體的情況，以及它們是如何隨著時(shí)間發(fā)生改變的。他們在整個(gè)研究中發(fā)現(xiàn)了代表著產(chǎn)甲烷細(xì)菌出現(xiàn)的DNA。但是他們在樣本里發(fā)現(xiàn)的遺傳證據(jù)表明甲烷在下降。2天后，食甲烷細(xì)菌的數(shù)量開始增加，直到第七天這種情況依然存在。揚(yáng)森表示，在永久凍土的解凍面積更大時(shí)，吃甲烷的細(xì)菌可能稍微抵消導(dǎo)致甲烷產(chǎn)生的細(xì)菌制造的一些甲烷，“不過這完全取決于解凍期間的特定環(huán)境。”解凍速度和土壤里的有機(jī)物的數(shù)量等因素，都將對其產(chǎn)生影響。目前科學(xué)家通過這些數(shù)據(jù)還無法得知是否有什么東西清除了二氧化碳。
首先，當(dāng)處于凍結(jié)狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)樣本里的微生物群存在很大不同，盡管收集它們的地層僅相距9.8英尺（3米）。但是在未來一周多時(shí)間里，兩個(gè)樣本里的微生物群變得越來越相似，都變得與活性層里的微生物群很類似。揚(yáng)森表示：“我猜我們不知道會出現(xiàn)什么情況，但是我們可以說這種轉(zhuǎn)變非常迅速。給大量DNA排序后，研究人員把注意力主要集中在一種產(chǎn)甲烷細(xì)菌身上，并草擬它的遺傳基因藍(lán)圖。她說：”這種生物體不同于以前培養(yǎng)出來或者在文獻(xiàn)里描述的生物體。“
它的數(shù)量非常豐富，研究人員在樣本里發(fā)現(xiàn)的大約2%的DNA序列都屬于這種生物體。因此該生物在產(chǎn)生甲烷的過程中可能起著至關(guān)重要的作用。目前這種微生物還沒有名字，不過它屬于耐寒菌的范疇。揚(yáng)森說：”我們發(fā)現(xiàn)的其中一些生物體與目前已知的其他一些對放射物或干旱具有抵抗力的細(xì)菌有親緣關(guān)系。這一發(fā)現(xiàn)為我們提供了線索，有助于我們了解這些微生物是如何在零下2攝氏度的惡劣環(huán)境下幸存1000年的。“為了生存，這些微生物喜歡選擇一層未被凍結(jié)的咸水等環(huán)境作為藏身地。
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