五月，太陽升起，那顆遙遠的恆星散發出的熱量終於可以在皮膚上感受到溫暖、刺痛的感覺。積雪開始融化。 花草破冰而出，渴求陽光。 同時，生活在冰層上的藻類大量繁殖，使冰層表面變黑。最近的一項研究發現，藻類可以儲存營養物質，這有可能使營養物質擴散到更多的冰原上，加速冰原變黑和融化。數千年來一直如此。

格陵蘭冰原上的黑斑是春季冰雪融化時盛開的藻類。 在圖片底部附近，您可以看到研究員勞拉-哈爾巴赫（Laura Halbach）正在採集藻類樣本，以便進一步研究。 圖片來源：勞拉-哈爾巴赫

但很快，這種情況可能會改變。 由於氣候變化，每年春天來臨的時間都會提前，這可能會讓藻類在越來越大面積的冰面上定居。

這些藻類含有棕色色素，會使冰變黑，降低其反射陽光的能力。 因此，冰融化得更快。

極地研究人員早就知道這一點。 但人們認為，由於這片冰漠缺乏營養，藻類在冰上定居的能力有限。

從高處俯瞰探險隊營地。 圖片來源：勞拉-哈爾巴赫

發表在Nature Communications上的最新研究成果表明，藻類能夠依靠極少的營養物質生存。 它們能夠儲存和積蓄能量。 這使它們有可能在比以前想像的更大的冰原上定居。

最近在奧胡斯大學環境科學系獲得博士學位的勞拉-哈爾巴赫（Laura Halbach）和她的研究團隊是這項發現的幕後推手。 現在，她是不來梅馬克斯-普朗克研究所的博士後，繼續揭開北極生態系統的神秘面紗。

“我這次格陵蘭之行的主要目的是了解藻華形成的機制。作為有史以來的第一位研究人員，我採用新方法測量了格陵蘭冰原上單個藻類細胞的活性。” 她說：”這讓我發現了它們依靠極少養分生存和儲存能量的能力。”

透過顯微鏡觀察冰面上的藻類。 棕紅色使冰呈現深色。 圖片d 顯示了除藻類外，生活在冰上的其他幾種微生物。 圖片來源：《自然-通訊》

冰藻是一種小型單細胞生物。 細長、褐色、橢圓形。它們在世界各地的冰上繁衍。 在格陵蘭島冰原、阿爾卑斯山以及喜馬拉雅山和阿拉斯加的冰川上都發現它們的蹤跡。與植物一樣，冰藻透過光合作用釋放氧氣，並產生有機分子。 它的生存需要陽光、水、二氧化碳以及少量的磷、氮和碳。在春季和夏季，冰藻大量繁殖，形成大片變黑的冰層。

不久前，格陵蘭冰原還被認為是一片冰封的沙漠。 荒涼，幾乎沒有生命。 但自從奧胡斯大學和德國亥姆霍茲地球科學中心（GFZ Helmholtz Center for Geosciences）的第一批研究人員於2020 年抵達這裡後，這種情況逐漸發生了改變。

現在我們知道，冰層中充滿了微生物生命。一次又一次的考察揭示了越來越多的冰藻的秘密生活。 一個重大突破是發現冰藻並不孤單。 冰上生活著一整套微生物生態系統：細菌、真菌甚至病毒。

探險隊員在其中一個帳篷內。 圖中（左起）為研究者伊娃-多廷（Eva Doting）、雷伊-穆羅（Rey Mourot）、亞歷山大-阿內西奧（Alexandre Anesio）、莉安-本寧（Liane G. Benning），圖片下方為勞拉-哈爾巴赫（Laura Halbach）。 圖片來源：勞拉-哈爾巴赫

但這使得他們很難對藻類進行具體研究。 當研究人員刮下變黑的冰層樣本時，培養皿中充滿了整個生態系統。 到目前為止，研究人員只能對所有微生物進行一次性操作和假設檢驗。 而這正是勞拉-哈爾巴赫想要改變的。

“如果融化一塊表面的冰，會看到這些深色的藻類但樣本中除了雪藻，還有其他真核藻類、細菌和真菌等許多生物。通常的做法是培養整個群落。你給它們提供一種營養物質，然後測量整個群落的吸收情況。 但是，現在還不清楚不同的生物體發揮了什麼作用。”

由於勞拉-哈爾巴赫對了解冰藻在冰上生態系統中的作用很感興趣，她不能只把它們分開。 相反，她給整個生態系統提供了標記營養物。 這種微小的同位素痕跡可以被一種叫做質譜儀的機器辨識出來。

“可以說，我們給它們吃的食物貼上了標籤。 這樣我們就能知道誰吃了什麼。”勞拉-哈爾巴赫解釋說：”結合一種叫做SIMS 的機器（這種機器非常精確），我們就能測量單細胞的營養吸收情況。”

機器的數據顯示，藻類有效地消耗了少量的營養物質，也儲存了一些營養物質。 這是研究人員完全不知道的。

作為其博士計畫的一部分，勞拉-哈爾巴赫與一群研究人員一起前往格陵蘭島，對冰藻進行實驗。 她收集的樣本後來讓她發現了冰藻儲存養分的獨特能力，從而適應了地球上最惡劣的環境。 圖片來源：Rey Mourot

“它們能非常有效地吸收冰面上有限的養分。 此外，我們還發現它們有能力儲存磷，這對它們的新陳代謝至關重要。”

冰上的磷非常有限。一些研究表明，磷來自當地含有含磷礦物質的岩石。 當岩石被侵蝕變成礦塵時，礦塵散落在冰面上，成為藻類的食物。

由於冰藻能夠儲存磷，因此它們有可能在這些營養物質含量非常有限的冰區定居。 因此，冰層變黑的範圍可能會比以前想像的更大。

為了採集冰藻樣本，勞拉-哈爾巴赫和她的同事們必須長途跋涉，帶著帳篷、補給品和實驗設備來到荒涼的冰原上。 在這裡，您可以看到他們在考察中帶來的帳篷之一。 圖片來源：勞拉-哈爾巴赫

“格陵蘭島每年都有新的冰層裸露出來，因為積雪融化的時間越來越早。過去這裡終年都有厚厚的積雪覆蓋，但現在大片新的冰層暴露在陽光下，這就為藻類殖民開闢了這些區域，由於藻類只能依靠非常有限的養分生存，而這可能會發生得更早”

勞拉-哈爾巴赫的發現不僅令人著迷，而且非常重要，因為了解藻類的營養需求有助於我們更好地預測它們未來在格陵蘭冰蓋融化過程中的作用。 如今，微生物尚未被納入大多數地球氣候模型。

這些新發現有望被納入氣候模型，使其能夠更精確地預測未來幾年冰雪消融的情況，以及冰雪消融對全球氣候的影響。

編譯自/ scitechdaily