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南极绿了
栏目:亲媒体 发布时间:2020-07-31

在冰天雪地的南极大陆,顽强生存的植物除了无冰区的苔藓、地衣,还有覆盖在冰原上的“雪生藻类”。这些或绿或红的藻类不仅仅是一抹点缀,还是当地生态系统中的重要一环。在一项发表于《自然-通讯》的研究中,植物学家绘制了南极的首张绿藻分布图,揭示了这些藻类与气候的复杂关系。随着气温上升,南极冰原将变得越来越“绿”,但这对于南极生态可能不算是好消息……


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不容忽视的颜色

严寒的南极是很多人心中的生命禁区,但一些顽强的生命还是在这片冰雪世界中找到了生存之道。在植物界中,苔藓、地衣选择在夹缝中求生存,它们可以存在于那些没有被冰雪覆盖的区域。但是,这样的无冰区在南极太过罕见,只占南极大陆面积的0.18%。在这些土壤、岩石裸露的土地上,植被覆盖的比例也非常有限——即使是在相对温暖、植被覆盖范围最广的南极半岛,也只占据了无冰区的1.34%。


不过,随着对南极大陆探索的深入,人们逐渐意识到,南极的植物不仅是这些苔藓、地衣。还有一类形态更加简单的生命,在更加广阔的冰原中生存,成为南极生态系统中不容忽视的生产者。它们就是南极冰原中的藻类——“雪生藻类”(snow algae)。


早在20世纪初,苏格兰的南极科考队就在南极大陆上收集到淡水藻类的样本,并且分析了这些藻类的组成。1958年,在温德米尔群岛(Windmill Islands)的威尔克斯(Wilkes)南极站附近,科考队员看见了成片存在的雪生藻类——在南极的夏季,红藻和绿藻大量出现,它们或是在冰原上覆盖一层“草甸”,或是将冰原染色一道道“血河”。


此后,在上世纪60年代,南极科考人员又相继在更广阔的区域发现雪生藻类。一片雪生藻类可以覆盖数百平方米的区域。其中,绿藻主要包含衣藻、拟衣藻和小球藻,它们的颜色源自较高的叶绿素含量;而红藻主要为类胡萝卜素含量较高的拟衣藻。


随着越来越多成片的雪生藻类被发现,科学家逐渐意识到,这些藻类之于南极不仅仅是给南极单调的色调点缀一抹亮色,它们可能是某些区域中最重要的生产者,并且对南极大陆的生态系统产生更加复杂的影响。


南极究竟分布着多少雪生藻类?在气候变化的背景下,这些藻类的分布受到了怎样的影响?而它们反过来,又会如何影响南极的生态、气候?


在那之后,半个世纪已经过去了,但对于这些有关雪生藻类的问题,我们始终缺乏系统而全面的认识。如果想仅仅通过实地考察就得到南极雪生藻类的分布图,显然不切实际。好在,科学家还可以借助卫星图像。


02


1679个爆发点

剑桥大学植物科学系的两位科学家Matthew Davey和Andrew Gray,就试图了解雪生藻类在南极半岛的分布。为此,他们带领的团队结合了3年的卫星遥感数据,以及两年的实地考察结果,对南极的雪生藻类开展了首次大规模调查,并绘制出首张南极半岛绿藻分布地图。


这项研究使用的遥感数据来自欧洲空天局的“哨兵2号”(Sentinel 2)卫星。考虑到观测上的难度,这项研究没有分析红藻,而是通过卫星监测到的叶绿素信号,展示了绿藻在夏季的分布范围。


为了检验遥感数据的可靠性,研究团队还分别在2018及2019年夏季前往南极半岛的莱德湾(Ryder Bay)、阿德莱德岛(Adelaide Island)、菲尔德斯半岛(Fildes Peninsula)和乔治王岛(King George Island),对当地的绿藻分布展开了实地考察。这些结果在验证遥感图像测得的分布面积之余,还提供了绿藻干生物量(dry biomass)的数据。


结合这些数据,首张南极半岛绿藻地图呈现在我们眼前。图片共展示了1679处绿藻爆发,它们多数分布在南极半岛西海岸沿岸,以及附近的一些岛屿上。每一片绿藻的面积从300~14.5万平方米不等,它们的总面积在夏季可以达到1.9平方千米,干生物量则是达到了1300吨。


03


雪生藻类的未来

绿藻分布地图中,研究团队明确了决定南极绿藻分布的因素。对于绿藻的生存,水源和营养物质是必不可少的。沿着这一思路,研究人员发现了两个至关重要的重合。


首先,这些藻类的生存地点,夏季平均温度都超过了0℃。南极几乎处处都被冰雪覆盖,但对于绿藻来说,这些固态的水源难以被利用。只有在夏季平均温度高于0℃、表层冰雪可以部分融化的地区,绿藻才能够大量生存。


融冰为绿藻提供了水源,那么藻类的营养是从哪来的?答案就是南极的动物。海岸附近的哺乳动物以及鸟类的排泄物中,含有藻类生存所需的氮等养分。能够证明这一点的,是另一项重合:60%的绿藻爆发,都在距离企鹅栖息地5千米以内的区域。此外,绿藻也广泛存在于贼鸥的筑巢区,以及海豹在岸上的活动区域。


随着南极气温的升高,这些绿藻的数量及分布,将受到怎样的影响?在研究团队看来,绿藻爆发点的数量将大幅下降,但绿藻的总面积和生物量,却将在更加温暖的将来持续增加。


这是因为,在这项调查中,绿藻以两种截然不同的形似生存。首先是分布在小岛上的绿藻。这些绿藻占据一共1679处绿藻爆发的62%。随着气温升高,这些岛屿上的积雪将大量消失,因此这些绿藻将面临的问题不是“没有液态水”,而是“没有水”。可以想象,失去水源的绿藻,将在未来大量消亡。


不过,虽然小岛上的绿藻占爆发点数量的62%,但这些绿藻爆发的面积往往较小;而真正在1.9平方千米、1300吨绿藻中占主导地位的,是半岛北部以及南设得兰群岛上的大片绿藻。随着气温上升,这里的绿藻将得到更多水源,因此分布面积将进一步增加。Gray也表示,该效应增加的绿藻含量,远胜小岛上减少的绿藻,因此可以预期,未来南极的雪生藻类总量将持续增长。


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危险的藻类

生产者的增加,往往可以在局部起到降温作用。但在南极,情况要复杂得多。研究的两位领导者表示,他们不清楚这些绿藻究竟是帮助南极降温了,还是让南极温度更高了。


造成这个复杂局面的,是两项截然相反的效应。如同其他植物,绿藻利用空气中的二氧化碳进行光合作用,起到固碳作用。


经过简单的计算,南极半岛的绿藻每年能吸收479吨二氧化碳。这个数据相当于87万辆汽车行驶一年释放的二氧化碳。当然,需要指出的是,当绿藻死亡或是被食用,这其中的大部分二氧化碳还将重新进入大气。


与此同时,绿藻的另一个效应却让南极变得更热。被冰雪覆盖时,白色的地表对阳光的反射能力更强,即反照率更高。但当绿藻覆盖冰面时,深色的藻类吸收阳光的能力明显增强,加速地表升温。


这两个截然相反的效应,产生的整体影响如何?在这项研究中,科学家目前还没有答案,但其他地区的类似研究,可以为我们提供参考。在对格陵兰岛雪生藻类的研究中,科学家指出,这些深色的藻类会加速气温升高及冰川融化。那么,在地球的另一极,相似的现象会导致相同的后果吗?在更明确的研究结论出现之前,我们需要保持谨慎。


另外需要指出的是,这项研究只考虑了绿藻,但出于技术原因,没有分析南极雪生藻类的另一大力量——红藻。如果加上后者,雪生藻类对南极气候将造成更加显著的影响。