美国地质勘探局科学家在阿拉斯加州赫斯溪的永久冻土收集的土芯样本。
随着世界逐渐转暖,冰封在永冻土下的世界将会恢复生机,研究人员担心冻土里的微小生物会产生大量温室气体,使全球变暖进一步加剧。一项最新研究对这片冻土里的微生物会对解冻做出何种反应进行了调查。
美国加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室的高级科技研究员珍妮特-扬森说:“永久冻土正在解冻,但在此之前没人留意微生物会发生什么变化。”她领导的一项研究,记录下阿拉斯加永久冻土在1200年来首次解冻所发生的一切。扬森说:“我们现在所看到的,是以前不曾看到过的。”
永冻土包含温室气体
她与同事们一起给冻土和解冻的永久冻土里的微生物的遗传材料排序。通过这种方式,他们还发现一种对科学来说全新的微生物,并给它的遗传基因蓝图或称基因组排序。永久冻土几乎与它听起来一样,这里的土已经被冰封数千年,甚至是几十万年,里面充满死亡植物和其他在永久冻土形成时出现的曾经有生命的东西。不断升高的全球气温导致这里面的有机物解冻,微生物开始分解这些有机质。在这个过程中,它们会释放出大量含碳的温室气体。科学家尤其担心这一过程会把大量甲烷排放到大气里,这种物质含有碳,是一种非常有效的“全球加热器”。由于永久冻土里封存了大量的碳,科学家担心冻土解冻会导致全球变暖进一步加剧。例如,据估计北极永久冻土里包含的温室气体,超过美国2009年的温室气体排量的250倍。
为了计算出会有多少微生物对一个不断升温的世界做出反应,研究人员使用了阿拉斯加州赫斯溪的永久冻土和永久冻土上的冰层(夏季它会融化,被认为是“活性层”)样本。他们给两个样本包含的DNA排序,这种方法被称作宏基因组学。然后把这些样本保存在41华氏度(5摄氏度)的环境下,让它们解冻。并在2天和7天后分别再次对样本里的遗传物质进行检测。他们还测量了样本释放出来的气体的浓度。2天后,他们发现甲烷数量显著增加。7天后,甲烷的浓度显著下降,但是并未完全消失。与甲烷不同,这些样本释放的二氧化碳量仍在继续增加。
研究人员利用遗传证据,能够看到不同冻土带和活性层的细菌群体的情况,以及它们是如何随着时间发生改变的。他们在整个研究中发现了代表着产甲烷细菌出现的DNA。但是他们在样本里发现的遗传证据表明甲烷在下降。2天后,食甲烷细菌的数量开始增加,直到第七天这种情况依然存在。扬森表示,当永久冻土的解冻面积更大时,吃甲烷的细菌可能稍微抵消导致甲烷产生的细菌制造的一些甲烷,“不过这完全取决于解冻期间的特定环境。”解冻速度和土壤里的有机物的数量等因素,都将对其产生影响。目前科学家通过这些数据还无法得知是否有什么东西清除了二氧化碳。
极低温下耐寒菌仍存活
首先,当处于冻结状态时,两个样本里的微生物群存在很大不同,尽管收集它们的地层仅相距9.8英尺(3米)。但是在未来一周多时间里,两个样本里的微生物群变得越来越相似,都变得与活性层里的微生物群很类似。扬森表示:“我猜我们不知道会出现什么情况,但是我们可以说这种转变非常迅速。给大量DNA排序后,研究人员把注意力主要集中在一种产甲烷细菌身上,并草拟它的遗传基因蓝图。她说:“这种生物体不同于以前培养出来或者在文献里描述的生物体。”
它的数量非常丰富,研究人员在样本里发现的大约2%的DNA序列都属于这种生物体。因此该生物在产生甲烷的过程中可能起着至关重要的作用。目前这种微生物还没有名字,不过它属于耐寒菌的范畴。扬森说:“我们发现的其中一些生物体与目前已知的其他一些对放射物或干旱具有抵抗力的细菌有亲缘关系。这一发现为我们提供了线索,有助于我们了解这些微生物是如何在零下恶劣环境下幸存1000年的。”为了生存,这些微生物喜欢选择一层未被冻结的咸水等环境作为藏身地。 (新华)
