未來(lái)浮游植物的轉(zhuǎn)機(jī) | 海洋藻類對(duì)21世紀(jì)氣候變化富有彈性

浮游植物也是地球上固碳固氮的重要生物。浮游植物盡管微小，但海洋擴(kuò)大了它們的作用。在大部分研究預(yù)測(cè)未來(lái)全球變暖對(duì)浮游植物造成負(fù)面影響的情況下，韓國(guó)浦項(xiàng)基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)發(fā)現(xiàn)海洋藻類對(duì)氣候變化的反應(yīng)富有彈性。中國(guó)生物多樣性保護(hù)與綠色發(fā)展基金會(huì)（簡(jiǎn)稱中國(guó)綠發(fā)會(huì)、綠會(huì)）海洋工作組長(zhǎng)期關(guān)注海洋環(huán)境及其治理，現(xiàn)將該研究成果分享如下，供國(guó)內(nèi)海洋生態(tài)學(xué)界人士參考。本文僅代表作者所在的研究團(tuán)隊(duì)的觀點(diǎn)，不代表“海洋與濕地”（OceanWetlands）平臺(tái)觀點(diǎn)。

圖源：韓國(guó)浦項(xiàng)基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)最近，一項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)-進(jìn)展》（Science Advances）研究提供了明確的證據(jù)，表明海洋浮游植物對(duì)未來(lái)氣候變化的適應(yīng)能力比以前認(rèn)為的要強(qiáng)得多。

將長(zhǎng)期夏威夷海洋時(shí)間序列項(xiàng)目（long-term Hawai’I Ocean Time-series program）的數(shù)據(jù)與在韓國(guó)最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一上進(jìn)行的新氣候模型模擬相結(jié)合，科學(xué)家們揭示了一種稱為養(yǎng)分吸收可塑性的機(jī)制，使海藻能夠適應(yīng)和應(yīng)對(duì)預(yù)計(jì)在未來(lái)幾十年內(nèi)發(fā)生的營(yíng)養(yǎng)貧乏的海洋條件，以應(yīng)對(duì)上層海洋的全球變暖。

浮游植物是微小的藻類，它們?cè)诤Ｑ蟊砻嫫鳎纬珊Ｑ笫澄锞W(wǎng)的基礎(chǔ)。在光合作用時(shí)，這些藻類吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（例如磷酸鹽、硝酸鹽），吸收溶解的二氧化碳并釋放氧氣，這些氧氣約占我們呼吸氧氣的 50%。因此，了解海洋藻類將如何應(yīng)對(duì)全球變暖和上層海水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的相關(guān)減少對(duì)于了解地球的長(zhǎng)期宜居性至關(guān)重要。

未來(lái)80年，全球浮游植物年產(chǎn)量將如何變化仍然存在高度不確定性。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的最新報(bào)告指出，浮游植物的不確定性為-20%至+20%，這意味著浮游植物在未來(lái)不確定是否會(huì)增加或減少。

全球變暖對(duì)海洋上層的影響大于深層。溫暖的海水更輕，因此未來(lái)上層海洋將變得更加分層，這減少了從地下到浮游植物居住的陽(yáng)光照射層的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的混合。早先的研究表明，預(yù)計(jì)未來(lái)地表附近營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的枯竭將導(dǎo)致海洋浮游植物產(chǎn)量大幅減少，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和氣候產(chǎn)生廣泛和潛在的災(zāi)難性影響。

但根據(jù)Science Advances上的一項(xiàng)新研究，這可能不會(huì)發(fā)生。對(duì)夏威夷海洋時(shí)間序列項(xiàng)目的上層海洋浮游植物數(shù)據(jù)的新分析表明，即使在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)非?？萁叩臈l件下，生產(chǎn)力也可以維持?！霸谶@種情況下，個(gè)體浮游植物細(xì)胞可以用硫代替磷。在社區(qū)層面上，人們可能會(huì)看到進(jìn)一步轉(zhuǎn)向需要較少磷的分類群，說(shuō)明浮游植物可塑性的概念。“該研究的合著者，夏威夷大學(xué)海洋學(xué)教授，夏威夷海洋時(shí)間序列項(xiàng)目的聯(lián)合創(chuàng)始人David Karl說(shuō)。進(jìn)一步支持可塑性的證據(jù)來(lái)自于這樣一個(gè)事實(shí): 與全球平均水平相比，在亞熱帶地區(qū)地表水的營(yíng)養(yǎng)濃度較低，藻類細(xì)胞中每?jī)?chǔ)存一定量的碳所吸收的磷更少。。

為了研究這種獨(dú)特的代謝“黑客”將如何影響未來(lái)幾十年的全球海洋生產(chǎn)力，該團(tuán)隊(duì)在其超級(jí)計(jì)算機(jī)Aleph上使用通用地球模擬模式進(jìn)行了一系列氣候模型模擬。通過(guò)關(guān)閉模型中的浮游植物可塑性，作者能夠定性地重現(xiàn)先前模型的結(jié)果，即全球生產(chǎn)力下降約8%。然而，當(dāng)打開(kāi)模型中的塑性參數(shù)時(shí)，以捕捉過(guò)去30年在夏威夷附近的觀測(cè)結(jié)果的方式，計(jì)算機(jī)模擬顯示，到本世紀(jì)末，全球生產(chǎn)率提高了5%?！叭欢?，從地區(qū)來(lái)看，這些未來(lái)的生產(chǎn)力差異可能要高得多，在亞熱帶地區(qū)達(dá)到200%，”該研究的第一作者，韓國(guó)釜山國(guó)立大學(xué)韓國(guó)浦項(xiàng)基礎(chǔ)科學(xué)研究所的研究員Eun Young Kwon博士說(shuō)。隨著這種額外的生產(chǎn)力提升，海洋還可以從大氣中吸收更多的二氧化碳，并最終將其封存到海洋表面以下。

受到其敏感性計(jì)算機(jī)模型模擬結(jié)果的啟發(fā)，作者隨后查看了其他10個(gè)氣候模型，其數(shù)據(jù)在最近的IPCC第六次評(píng)估報(bào)告中。結(jié)果證實(shí)了作者的初步結(jié)論?！皼](méi)有可塑性的模型傾向于預(yù)測(cè)21世紀(jì)初級(jí)生產(chǎn)力的總體下降，而那些考慮浮游植物適應(yīng)低營(yíng)養(yǎng)條件的能力的模型顯示全球生產(chǎn)力平均在增加?！痹撗芯康墓餐ㄓ嵶髡?，IBS氣候物理中心的博士后研究員M.G. Sreeush博士說(shuō)。

“盡管我們的研究表明了生物緩沖全球規(guī)模生態(tài)變化的重要性，但這并不意味著浮游植物不受人類引起的氣候變化的影響。例如，海洋酸化惡化將降低某些類型的浮游植物的鈣化率，這可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的大規(guī)模變化?！盓un Young Kwon博士警告說(shuō)。這些因素在氣候模型中既沒(méi)有得到很好的理解，也沒(méi)有得到很好的體現(xiàn)。

“未來(lái)的地球系統(tǒng)模型需要使用改進(jìn)的基于觀測(cè)的表示浮游植物如何應(yīng)對(duì)多種壓力源，包括變暖和海洋酸化。這對(duì)于預(yù)測(cè)我們星球上海洋生物的未來(lái)是必要的?！边@項(xiàng)研究的合著者，IBS氣候物理中心主任Axel Timmermann教授說(shuō)。

參考文獻(xiàn)：Kwon, E.Y., Sreeush, M.G., Timmermann, A., Karl, D.M., Church, M.J., Lee, S.S. and Yamaguchi, R., 2022. Nutrient uptake plasticity in phytoplankton sustains future ocean net primary production. Science Advances, 8(51), p.eadd2475.

編譯：開(kāi)心

審核：Sara

編輯：Tommy