一組研究廣泛存在但經常被忽視的一類微生物的科學家發現了一個可能加劇全球變暖的氣候反饋迴路。然而，這一發現帶來了一線希望：它也可能是一個早期預警信號。利用計算機模擬，來自杜克大學和加州大學聖巴巴拉分校的研究人員已經證明，全球大部分海洋浮游生物，以及棲息在湖泊、泥炭地和其他生態系統中的眾多單細胞生物，可能會達到一個臨界點。

它們不是在吸收二氧化碳，而是開始做相反的事情。這種變化是它們的新陳代謝對變暖的反應方式的結果。二氧化碳是一種溫室氣體，這反過來可能會推動溫度進一步上升–一個可能導致失控變化的正反饋迴路，即少量的變暖會產生巨大的影響。

研究人員在6月1日發表在《功能生態學》雜誌上的一項研究中報告說，但是通過仔細監測這些生物的豐度，我們也許能夠在臨界點到來之前預測到它的到來。

在這項新的研究中，研究人員專注於一群被稱為mixotrophs的微小生物，之所以這樣命名是因為它們混合了兩種新陳代謝模式：它們可以像植物一樣進行光合作用，或者像動物一樣捕食食物，這取決於條件。

第一作者、杜克大學的博士後Daniel Wieczynski說：”它們就像微生物世界的維納斯捕蠅器。”

在光合作用期間，它們吸收二氧化碳，這是一種捕獲熱量的溫室氣體。而當它們進食時，它們會釋放二氧化碳。杜克大學的高級作者Jean P. Gibert說，這些多功能的生物體在大多數全球變暖的模型中沒有被考慮，然而它們在調節氣候方面發揮著重要作用。

海洋中的大多數浮游生物–像矽藻類、甲藻類–都是混合營養體。它們在湖泊、泥炭地、潮濕的土壤中和落葉下面也很常見。Wieczynski說：”如果你去最近的池塘或湖泊，舀一杯水放在顯微鏡下，你可能會發現成千上萬甚至數百萬的混合營養型微生物在游動。”

共同作者、加州大學聖巴巴拉分校助理教授霍利-莫勒（Holly Moeller）說：”因為混養微生物既能捕獲又能排放二氧化碳，它們就像’開關’，既能幫助減少氣候變化，也能使其變得更糟。”

為了了解這些影響如何擴大，研究人員開發了一個數學模型，以預測隨著氣候的持續變暖，混血動物如何在不同的代謝模式之間轉變。

研究人員使用4度的溫度跨度運行他們的模型，從19到23攝氏度（66-73華氏度）。在未來五年內，全球氣溫可能會比工業化前的水平高出1.5攝氏度，並且在本世紀末之前有可能突破2至4攝氏度。

分析表明，天氣越暖和，混合營養體就越依賴吃下食物，而不是通過光合作用製造食物，當它們這樣做時，它們會改變碳輸入和碳輸出之間的平衡。

這些模型表明，最終我們可以看到這些微生物達到一個臨界點–超過這個臨界點，它們就會突然從碳匯變成碳源，產生淨暖化效應而不是冷卻效應。

這個臨界點是很難消除的。研究結果表明，一旦它們越過了這個臨界點，就需要大幅降溫–超過一攝氏度–才能恢復它們的冷卻效果。

但研究人員說，這並不全是壞消息。他們的研究結果還表明，如果我們注意混合動物豐度隨時間的變化，也許可以提前發現這些轉變。

Wieczynski說：”就在一個臨界點之前，它們的豐度突然開始劇烈地波動。如果你走到大自然中，看到從相對穩定的豐度突然變為快速波動，你就會知道它的到來。”

然而，早期預警信號是否可以檢測到，可能取決於該研究揭示的另一個關鍵因素：富營養污染。

污水處理設施的排放以及農場和草坪的徑流，加上化肥和動物糞便，可以將硝酸鹽和磷酸鹽等營養物質送入湖泊和溪流以及沿海水域。

當Wieczynski和他的同事在他們的模型中加入更多的此類營養物質時，他們發現發生明顯波動的溫度範圍開始縮小，直到最後信號消失，臨界點到來時沒有明顯的警告。

該模型的預測仍然需要用現實世界的觀察來驗證，但是它們”強調了投資於早期檢測的價值，”Moeller說。

吉伯特說：”臨界點可能是短暫的，因此很難抓住。這篇論文為我們提供了一個搜索圖像，一些需要注意的東西，並使這些臨界點–儘管它們可能是短暫的–更有可能被發現。”