南极绿了

　　＂把科学带回家＂ 提供
　　研究团队正在实地考察雪生藻类。（图片来源：Matt Davey）
　　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，剑桥大学的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……
　　撰文 | 吴非
　　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。
　　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。
　　Matt Davey正在研究绿藻（图片来源：SARAH VINCENT）
　　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。
　　雪生藻类的未来
　　从这张绿藻分布地图中，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。
　　图片来源：研究论文
　　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。
　　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。
　　今年2月，乌克兰科考队拍摄的红藻爆发。
　　原始论文：
　　Remote sensing reveals Antarctic green snow algae as important terrestrial carbon sink
　　https://www.nature.com/articles/s41467-020-16018
　　参考材料：
　　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
　　来源：环球科学
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