《環球科學》雜誌：南極綠了，危險信號

▲ 研究團隊正在實地考察雪生藻類。（圖片來源：Matt Davey）

編者按在冰天雪地的南極大陸，頑強生存的植物除了無冰區的苔蘚、地衣，還有覆蓋在冰原上的「雪生藻類」。這些或綠或紅的藻類不僅僅是一抹點綴，還是當地生態系統中的重要一環。在一項發表於《自然-通訊》的研究中，劍橋大學的植物學家繪製了南極的首張綠藻分布圖，揭示了這些藻類與氣候的複雜關係。隨著氣溫上升，南極冰原將變得越來越「綠」，但這對於南極生態可能不算是好消息……

本文轉載自公眾號環球科學（ID：huanqiukexue）

1、不容忽視的顏色

嚴寒的南極是很多人心中的生命禁區，但一些頑強的生命還是在這片冰雪世界中找到了生存之道。在植物界中，苔蘚、地衣選擇在夾縫中求生存，它們可以存在於那些沒有被冰雪覆蓋的區域。但是，這樣的無冰區在南極太過罕見，只佔南極大陸面積的0.18%。在這些土壤、巖石裸露的土地上，植被覆蓋的比例也非常有限——即使是在相對溫暖、植被覆蓋範圍最廣的南極半島，也只佔據了無冰區的1.34%。

不過，隨著對南極大陸探索的深入，人們逐漸意識到，南極的植物不僅是這些苔蘚、地衣。還有一類形態更加簡單的生命，在更加廣闊的冰原中生存，成為南極生態系統中不容忽視的生產者。它們就是南極冰原中的藻類——「雪生藻類」（snow algae）。

早在20世紀初，蘇格蘭的南極科考隊就在南極大陸上收集到淡水藻類的樣本，並且分析了這些藻類的組成。1958年，在溫德米爾群島（Windmill Islands）的威爾克斯（Wilkes）南極站附近，科考隊員看見了成片存在的雪生藻類——在南極的夏季，紅藻和綠藻大量出現，它們或是在冰原上覆蓋一層「草甸」，或是將冰原染色一道道「血河」。

此後，在上世紀60年代，南極科考人員又相繼在更廣闊的區域發現雪生藻類。一片雪生藻類可以覆蓋數百平方米的區域。其中，綠藻主要包含衣藻、擬衣藻和小球藻，它們的顏色源自較高的葉綠素含量；而紅藻主要為類胡蘿蔔素含量較高的擬衣藻。

隨著越來越多成片的雪生藻類被發現，科學家逐漸意識到，這些藻類之於南極不僅僅是給南極單調的色調點綴一抹亮色，它們可能是某些區域中最重要的生產者，並且對南極大陸的生態系統產生更加複雜的影響。

南極究竟分布著多少雪生藻類？在氣候變化的背景下，這些藻類的分布受到了怎樣的影響？而它們反過來，又會如何影響南極的生態、氣候？

在那之後，半個世紀已經過去了，但對於這些有關雪生藻類的問題，我們始終缺乏系統而全面的認識。如果想僅僅通過實地考察就得到南極雪生藻類的分布圖，顯然不切實際。好在，科學家還可以藉助衛星圖像。

2、1679個爆發點

劍橋大學植物科學系的兩位科學家Matthew Davey和Andrew Gray，就試圖了解雪生藻類在南極半島的分布。為此，他們帶領的團隊結合了3年的衛星遙感數據，以及兩年的實地考察結果，對南極的雪生藻類開展了首次大規模調查，並繪製出首張南極半島綠藻分布地圖。

▲ Matt Davey正在研究綠藻（圖片來源：SARAH VINCENT）

這項研究使用的遙感數據來自歐洲空天局的「哨兵2號」（Sentinel 2）衛星。考慮到觀測上的難度，這項研究沒有分析紅藻，而是通過衛星監測到的葉綠素信號，展示了綠藻在夏季的分布範圍。

為了檢驗遙感數據的可靠性，研究團隊還分別在2018及2019年夏季前往南極半島的萊德灣（Ryder Bay）、阿德萊德島（Adelaide Island）、菲爾德斯半島（Fildes Peninsula）和喬治王島（King George Island），對當地的綠藻分布展開了實地考察。這些結果在驗證遙感圖像測得的分布面積之餘，還提供了綠藻幹生物量（dry biomass）的數據。

結合這些數據，首張南極半島綠藻地圖呈現在我們眼前。圖片共展示了1679處綠藻爆發，它們多數分布在南極半島西海岸沿岸，以及附近的一些島嶼上。每一片綠藻的面積從300~14.5萬平方米不等，它們的總面積在夏季可以達到1.9平方千米，幹生物量則是達到了1300噸。

3、雪生藻類的未來

從這張綠藻分布地圖中，研究團隊明確了決定南極綠藻分布的因素。對於綠藻的生存，水源和營養物質是必不可少的。沿著這一思路，研究人員發現了兩個至關重要的重合。

首先，這些藻類的生存地點，夏季平均溫度都超過了0℃。南極幾乎處處都被冰雪覆蓋，但對於綠藻來說，這些固態的水源難以被利用。只有在夏季平均溫度高於0℃、表層冰雪可以部分融化的地區，綠藻才能夠大量生存。

融冰為綠藻提供了水源，那麼藻類的營養是從哪來的？答案就是南極的動物。海岸附近的哺乳動物以及鳥類的排洩物中，含有藻類生存所需的氮等養分。能夠證明這一點的，是另一項重合：60%的綠藻爆發，都在距離企鵝棲息地5千米以內的區域。此外，綠藻也廣泛存在於賊鷗的築巢區，以及海豹在岸上的活動區域。

▲ 圖片來源：研究論文

隨著南極氣溫的升高，這些綠藻的數量及分布，將受到怎樣的影響？在研究團隊看來，綠藻爆發點的數量將大幅下降，但綠藻的總面積和生物量，卻將在更加溫暖的將來持續增加。

這是因為，在這項調查中，綠藻以兩種截然不同的形似生存。首先是分布在小島上的綠藻。這些綠藻佔據一共1679處綠藻爆發的62%。隨著氣溫升高，這些島嶼上的積雪將大量消失，因此這些綠藻將面臨的問題不是「沒有液態水」，而是「沒有水」。可以想像，失去水源的綠藻，將在未來大量消亡。

不過，雖然小島上的綠藻佔爆發點數量的62%，但這些綠藻爆發的面積往往較小；而真正在1.9平方千米、1300噸綠藻中佔主導地位的，是半島北部以及南設得蘭群島上的大片綠藻。隨著氣溫上升，這裡的綠藻將得到更多水源，因此分布面積將進一步增加。Gray也表示，該效應增加的綠藻含量，遠勝小島上減少的綠藻，因此可以預期，未來南極的雪生藻類總量將持續增長。

4、危險的藻類

生產者的增加，往往可以在局部起到降溫作用。但在南極，情況要複雜得多。研究的兩位領導者表示，他們不清楚這些綠藻究竟是幫助南極降溫了，還是讓南極溫度更高了。

造成這個複雜局面的，是兩項截然相反的效應。

如同其他植物，綠藻利用空氣中的二氧化碳進行光合作用，起到固碳作用。經過簡單的計算，南極半島的綠藻每年能吸收479噸二氧化碳。這個數據相當於87萬輛汽車行駛一年釋放的二氧化碳。當然，需要指出的是，當綠藻死亡或是被食用，這其中的大部分二氧化碳還將重新進入大氣。

與此同時，綠藻的另一個效應卻讓南極變得更熱。被冰雪覆蓋時，白色的地表對陽光的反射能力更強，即反照率更高。但當綠藻覆蓋冰面時，深色的藻類吸收陽光的能力明顯增強，加速地表升溫。

這兩個截然相反的效應，產生的整體影響如何？在這項研究中，科學家目前還沒有答案，但其他地區的類似研究，可以為我們提供參考。在對格陵蘭島雪生藻類的研究中，科學家指出，這些深色的藻類會加速氣溫升高及冰川融化。那麼，在地球的另一極，相似的現象會導致相同的後果嗎？在更明確的研究結論出現之前，我們需要保持謹慎。

另外需要指出的是，這項研究只考慮了綠藻，但出於技術原因，沒有分析南極雪生藻類的另一大力量——紅藻。如果加上後者，雪生藻類對南極氣候將造成更加顯著的影響。■

▲ 今年2月，烏克蘭科考隊拍攝的紅藻爆發。

原始論文：

Remote sensing reveals Antarctic green snow algae as important terrestrial carbon sink

https://www.nature.com/articles/s41467-020-16018

參考材料：

https://www.scientificamerican.com/article/in-summer-antarctic-snow-turns-green-with-algae/

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.15701

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/uoc-cc051520.php

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/j.1095-8339.1912.tb00612.x

本文來源：環球科學（ID:huanqiukexue）