一項新的研究顯示，全球溫度的上升可能使全世界廣泛的微生物群落從碳匯轉化為碳排放者，可能會引發氣候變化的臨界點。這些發現最近發表在英國生態學會的期刊《功能生態學》上。新的研究發現，在氣候變暖的情況下，海洋浮游生物和其他單細胞生物（被稱為混養微生物）–可以從碳匯轉換為碳排放。

在世界各地的湖泊和河流中發現，像這種單細胞生物Paramecium bursaria既能吃又能進行光合作用。像這樣的微生物在氣候變化中扮演著雙重角色，它們釋放或吸收二氧化碳–這種捕獲熱量的溫室氣體是變暖的主要驅動力–這取決於它們是依靠類似動物的生活方式還是類似植物的生活方式。資料來源：Daniel J. Wieczynski，杜克大學

該研究還發現，這些生物在轉換之前的行為變化可以作為氣候變化臨界點的早期預警信號。然而，環境中營養物質水平的增加，如農業徑流中的氮，會使這些警告信號變弱。

混合營養型微生物是能夠在像植物一樣進行光合作用（吸收二氧化碳）和像動物一樣進食（釋放二氧化碳）之間轉換的生物體。它們在全球範圍內都很豐富，普遍存在於淡水和海洋環境中，估計佔了海洋浮游生物的大部分。

杜克大學和加州大學聖巴巴拉分校的研究人員通過開發一個計算機模擬，模擬混合營養型微生物如何獲得能量以應對變暖，發現在變暖條件下，混合營養型微生物從碳匯轉變為碳排放者。

這些發現意味著，隨著溫度的升高，這些高度豐富的微生物群落可能從對地球的淨冷卻效應變為淨升溫效應。

杜克大學的Daniel Wieczynski博士和該研究的主要作者說：”我們的研究結果顯示，混合營養型微生物在生態系統對氣候變化的反應中的作用比以前想像的要重要得多。通過將微生物群落轉化為應對變暖的淨二氧化碳來源，混養微生物可以通過在生物圈和大氣層之間創造一個正反饋循環來進一步加速變暖。”

混合營養型原生動物Paramecium bursaria可以吃細菌或使用光合作用來獲得能量和碳。光合作用發生在生活在P bursaria細胞內的內共生小球藻（綠色球體）內。

加州大學聖巴巴拉分校的Holly Moeller博士和該研究的共同作者補充說：”由於混生蟲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，也能使其惡化。這些蟲子很小，但它們的影響真的可以擴大。我們需要像這樣的模型來了解如何。”

杜克大學的Jean-Philippe Gibert博士和該研究的另一位共同作者說：”目前最先進的長期氣候變化預測模型只是以一種極其還原的、部分的，或者有時是完全錯誤的方式來考慮微生物的作用。因此，非常需要像這樣的研究來提高我們對地球大氣過程的生物控制的廣泛理解。”

研究人員的模型還顯示，就在混合營養型微生物群落轉向排放二氧化碳之前，它們的豐度開始瘋狂波動。這些變化可以通過監測混合營養型微生物的豐度在自然界中檢測出來，並為這些微生物可以作為氣候變化臨界點的早期預警信號帶來希望。

Wieczynski博士說：”這些微生物可能作為快速氣候變化的災難性影響的早期指標，這在泥炭地等目前是主要碳彙的生態系統中特別重要，因為在這些地方混合營養體的數量非常多”。

然而，研究人員還發現，這些早期預警信號可能會被環境中氮氣等營養物質的增加所削弱，這些營養物質通常是由農業和廢水處理設施的徑流引起的。當更多的此類營養物質被包括在模擬中時，研究人員發現，發生預警波動的溫度範圍開始縮小，直到最終信號消失，臨界點到來時沒有明顯的警告。

“檢測這些警告信號將是一個挑戰。特別是如果它們隨著營養物的污染而變得更加微妙”。莫勒博士說。”然而，錯過它們的影響是巨大的。我們可能會在一個更不理想的狀態下結束生態系統，向大氣中添加溫室氣體，而不是清除它們。”

在這項研究中，研究人員使用4度的溫度跨度進行了模擬，從19到23攝氏度。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，並有望在本世紀末突破2至4攝氏度。

研究人員提醒說，研究中使用的數學模型借鑒了有限的經驗證據來調查變暖對微生物群體的影響。Wieczynski博士說：”儘管模型是強有力的工具，但理論結果最終必須通過經驗來檢驗。我們強烈主張對我們的結果進行進一步的實驗和觀察測試”。