未來浮游植物的轉機 | 海洋藻類對21世紀氣候變化富有彈性

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，但海洋擴大了它們的作用。在大部分研究預測未來全球變暖對浮游植物造成負面影響的情況下，韓國浦項基礎科學研究所(IBS)發(fā)現(xiàn)海洋藻類對氣候變化的反應富有彈性。中國生物多樣性保護與綠色發(fā)展基金會（簡稱中國綠發(fā)會、綠會）海洋工作組長期關注海洋環(huán)境及其治理，現(xiàn)將該研究成果分享如下，供國內海洋生態(tài)學界人士參考。本文僅代表作者所在的研究團隊的觀點，不代表“海洋與濕地”（OceanWetlands）平臺觀點。

圖源：韓國浦項基礎科學研究所(IBS)最近，一項發(fā)表于《科學-進展》（Science Advances）研究提供了明確的證據(jù)，表明海洋浮游植物對未來氣候變化的適應能力比以前認為的要強得多。

將長期夏威夷海洋時間序列項目（long-term Hawai’I Ocean Time-series program）的數(shù)據(jù)與在韓國最快的超級計算機之一上進行的新氣候模型模擬相結合，科學家們揭示了一種稱為養(yǎng)分吸收可塑性的機制，使海藻能夠適應和應對預計在未來幾十年內發(fā)生的營養(yǎng)貧乏的海洋條件，以應對上層海洋的全球變暖。

浮游植物是微小的藻類，它們在海洋表面漂流，形成海洋食物網(wǎng)的基礎。在光合作用時，這些藻類吸收營養(yǎng)物質（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對全球變暖和上層海水中營養(yǎng)物質的相關減少對于了解地球的長期宜居性至關重要。

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

全球變暖對海洋上層的影響大于深層。溫暖的海水更輕，因此未來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光照射層的營養(yǎng)物質的混合。早先的研究表明，預計未來地表附近營養(yǎng)物質的枯竭將導致海洋浮游植物產量大幅減少，對海洋生態(tài)系統(tǒng)和氣候產生廣泛和潛在的災難性影響。

但根據(jù)Science Advances上的一項新研究，這可能不會發(fā)生。對夏威夷海洋時間序列項目的上層海洋浮游植物數(shù)據(jù)的新分析表明，即使在營養(yǎng)物質非?？萁叩臈l件下，生產力也可以維持。“在這種情況下，個體浮游植物細胞可以用硫代替磷。在社區(qū)層面上，人們可能會看到進一步轉向需要較少磷的分類群，說明浮游植物可塑性的概念。“該研究的合著者，夏威夷大學海洋學教授，夏威夷海洋時間序列項目的聯(lián)合創(chuàng)始人David Karl說。進一步支持可塑性的證據(jù)來自于這樣一個事實: 與全球平均水平相比，在亞熱帶地區(qū)地表水的營養(yǎng)濃度較低，藻類細胞中每儲存一定量的碳所吸收的磷更少。。

為了研究這種獨特的代謝“黑客”將如何影響未來幾十年的全球海洋生產力，該團隊在其超級計算機Aleph上使用通用地球模擬模式進行了一系列氣候模型模擬。通過關閉模型中的浮游植物可塑性，作者能夠定性地重現(xiàn)先前模型的結果，即全球生產力下降約8%。然而，當打開模型中的塑性參數(shù)時，以捕捉過去30年在夏威夷附近的觀測結果的方式，計算機模擬顯示，到本世紀末，全球生產率提高了5%?！叭欢?，從地區(qū)來看，這些未來的生產力差異可能要高得多，在亞熱帶地區(qū)達到200%，”該研究的第一作者，韓國釜山國立大學韓國浦項基礎科學研究所的研究員Eun Young Kwon博士說。隨著這種額外的生產力提升，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。

受到其敏感性計算機模型模擬結果的啟發(fā)，作者隨后查看了其他10個氣候模型，其數(shù)據(jù)在最近的IPCC第六次評估報告中。結果證實了作者的初步結論?！皼]有可塑性的模型傾向于預測21世紀初級生產力的總體下降，而那些考慮浮游植物適應低營養(yǎng)條件的能力的模型顯示全球生產力平均在增加?！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。

“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，這可能導致生態(tài)系統(tǒng)的大規(guī)模變化?！盓un Young Kwon博士警告說。這些因素在氣候模型中既沒有得到很好的理解，也沒有得到很好的體現(xiàn)。

“未來的地球系統(tǒng)模型需要使用改進的基于觀測的表示浮游植物如何應對多種壓力源，包括變暖和海洋酸化。這對于預測我們星球上海洋生物的未來是必要的?！边@項研究的合著者，IBS氣候物理中心主任Axel Timmermann教授說。

參考文獻：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：開心

審核：Sara

編輯：Tommy