2019年10月18日，國際頂級學術期刊Science雜誌在線發表了一篇題為：Drought test begins in Biosphere 2 rainforest的評論文章。
該文章評論在這次在生物圈2號中的熱帶森林中的乾旱實驗，是有史以來最大的用同位素監測的森林乾旱實驗。
人類能離開地球生活嗎？
生物圈2號，正是人類為實現外太空殖民邁出的第一步。當時，它還被認為是繼登月計劃以後，美國實施的最令人激動的科學研究項目。
1984年起，美國的石油大王愛德華·巴斯投資2億美元建造了世界上最大的人工生態系統「生物圈2號」。
生物圈2號共包含著5大生態系統：雨林、海洋、荒漠、草原、沼澤。此外，還有面積約達2020平方米的農場土地，種植著各種能提供糧食的農作物。
1991年9月26日，8名科學家（4男4女）進駐生物圈2號，包括各科學研究領域，如生物學、海洋學、醫學、心理學、工程學等。同時，隨他們一起入住的還有一大批生物。整個生物圈2號內，共有4000個物種。其中動物（包括軟體、節肢、昆蟲、魚類、兩棲、爬行、鳥類 、哺乳等）、植物（包括浮遊、苔蘚、蕨類、裸子和被子植物等）約3000種，微生物（包括細菌、粘菌、真菌、微藻等）約1000種 。
然而，在1991至1993年的實驗中，生物圈2號的氧氣與二氧化碳的大氣組成比例，無法自行達到平衡；生物圈2號內的水泥建築物影響到正常的碳循環；生物圈2號因為物種多樣性相對單一，缺少足夠分解者作用，多數動植物無法正常生長或生殖，其滅絕的速度比預期的還要快。經廣泛討論，確認「生物圈2號」實驗失敗，未達到原先設計者的預定目標。因此，這證明了在已知的科學技術條件下，人類離開了地球將難以永續生存。同時證明：地球目前仍是人類唯一能依賴與信賴的維生系統。
該文報導，本月初科研人員，釋放了價值約12,000美元的二氧化碳（CO2），其中摻入了碳13到生物圈2號的熱帶雨林中，同時將大門密封。生物圈2號內的茂盛植物吸收了同位素示蹤劑，使研究人員能夠追蹤碳流過健康森林的情況。德國弗賴堡大學的生態系統生理學家Werner和她的團隊將收集了這些基線數據，以進行即將進行的森林乾旱實驗。
此外，在10月7日，研究人員關閉了灌溉雨林的噴頭，開始了長達6周的乾旱。下個月，他們將向該生態系統中注入另一種同位素富集的二氧化碳，並應用其他示蹤劑。在乾旱期間，森林的二氧化碳消耗量會減慢，但科學家尚未確定乾旱脅迫的雨林植物（尤其是大樹）如何使用和釋放其儲存的碳。研究者認為，這些答案對於全球氣候周期很重要。乾旱預計會隨著氣候變暖而變得更加嚴重，可能會使熱帶森林從溫室氣體的匯聚變為加速氣候變化的來源。
之前研究表明，在亞馬遜進行的野外試驗中，塑料板攔截雨水以保持大片森林的乾燥，從而勾勒出乾旱如何殺死不同大小的樹木（Science，2005 ,4:346）。針對具有同位素示蹤劑的單株植物進行的較小規模的研究表明，其對植物功能的某些影響。但是「生物圈2號」實驗將通過在整個森林中應用示蹤劑來實現。
通過追蹤碳13，研究人員將了解碳在光合作用過程中吸收碳並然後穿過森林的速度。他們將比較抗旱程度不同的六種樹種在乾旱之前和乾旱期間的比率。他們還將學習樹木分配如何在葉子，樹幹和根中儲存碳的方法。鹽湖城猶他大學的植物生理學家William Anderegg說，這是一個「巨大的黑匣子」，對於預測植物如何應對乾旱等至關重要。
另一組示蹤劑將更詳細地顯示特定的代謝途徑如何利用碳。在過去的一個月中，研究人員向葉子，根和土壤團塊提供了同位素富集的丙酮酸溶液，丙酮酸是許多生物過程中使用的化學構建基塊。沃納說，一種丙酮酸示蹤劑可以揭示白天呼吸過程中釋放出多少碳，這是碳循環的關鍵部分，需要更好地量化。
另一種丙酮酸示蹤劑，採用了不同的途徑，顯示了植物和土壤微生物用於合成揮發性有機化合物（VOC）的碳量。當植物受到壓力時，這些化學物質佔其碳排放量的很大一部分。它們可以使大氣變暖或轉變成使大氣變涼的氣溶膠，但其整體氣候影響尚不清楚。植物將VOC用作多種用途，包括作為龐大的土壤真菌網的歸巢信號，這些土壤真菌在乾旱期間為根系提供水和養分。研究人員希望量化微生物和植物之間交換的VOC的速率和數量，以及它們在乾旱期間是否發生變化。
在乾旱結束時，研究人員將進行最後的示蹤劑實驗，用富含氫同位素的水灌溉深層土壤。他們希望大樹能吸收大部分的水，並且希望了解其深根系統是否會將部分水洩漏到淺層土壤中，從而幫助較小的植物恢復生長。
最後，灑水器將打開並使生態系統恢復正常。當溼潤的土壤和落葉重新溼潤時，微生物就會進入代謝過度狀態，並排出二氧化碳和揮發性有機化合物。Meredith和她的同事將測量排放並將其與微生物基因的模式聯繫起來。
最終，乾旱測試的結果將改善全球氣候模型對植被的影響。「您需要進行這些實驗才能解鎖生理學並將其添加到模型中，」 Anderegg說。「它使我們對熱帶樹木和森林對氣候變化的反應方式有了更加機械和嚴格的預測。」
論文連結：
https://science.sciencemag.org/content/366/6463/289
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