生命已定殖冰川消融地區：氣候變化開啟的生態演替

隨著氣候變暖與冰川消融，北極陸地生態系統開始產生變化。已有大量微生物不畏嚴寒，迅速在冰川前端這種荒蕪之地定殖。

斯瓦爾巴群島新奧勒松地區（圖：劉小鷗）

主要來源 布里斯託大學

推薦&編譯 劉小鷗（挪威科技大學北極斯瓦爾巴中心）

審校 雷文茜

兩極一直被認為是指示氣候變化的風向標。近幾十年，隨著北極地區明顯升溫與冰川逐漸消融，一種外星球般的「後冰川」（post-glaciation）新景觀在北極斯瓦爾巴群島上出現。

Biogeoscience報道了一組英國的研究人員在該景觀地區進行了土壤實驗分析與模擬研究（論文信息見文末）。難以置信的是，已有多種微生物群落在此「落戶」定殖。

這類地球上最小、最簡單的生命形式不畏嚴寒，「忍飢挨餓」地在這種相對貧瘠的土壤中蓬勃生長。

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研究人員通過比較不同年齡的土壤樣本發現，微生物生物量與活動性隨時間增加。同時，該研究首次將分子及地球化學分析與新的計算模擬技術相結合。這種綜合方法清楚地表明，在這種荒漠般的土壤中，微生物作用是有機碳與營養周轉快速增長的主要原因。

不同年齡的土壤中，模型模擬與基因組分析結果（圖中16S數據）的微生物相對丰度比較。基因組分析表明，隨著年齡增加，土壤異養生物（橙色）明顯增加。比較模擬與基因組結果發現，模擬結果在早期與基因組分析具有較高吻合度。（圖片來源：論文原文）

土壤中的微生物能夠固定大氣二氧化碳，也通過呼吸作用與有機碳降解釋放二氧化碳。已有研究發現，全球變暖增加了全球土壤的微生物群落釋放更多二氧化碳的可能。而極地陸地生態系統對變暖的響應更是十分複雜。

論文的第一作者 Bradley 介紹：「我們希望利用模擬技術探究更大尺度上的變化，例如，在現今全球氣候變化的速率下，極地地區大規模的冰川消融對陸地生態系統的影響。」

他亦感慨，「這些微生物在北極冰川前端這種荒蕪之地依舊能夠定殖，這增進了我們對生命在極端環境中生存能力的認識。」

主要來源：http://phys.org/news/2016-10-simple-life-quick-colonise-landscapes.html

參考文獻：

[1] University of Exeter (2014), 『Carbon stored inthe world』s soil more vulnerable to climate change than expected』. Availableat: http://phys.org/news/2014-09-carbon-world-soils-vulnerable-climate.html(Accessed on: 14. Nov. 2016).

論文基本信息

【題目】Microbialdynamics in a High Arctic glacier forefield: a combined field, laboratory, andmodelling approach

【作者】Bradley, J. A. et al.

【刊期】Biogeosciences 2016

【日期】13. Oct. 2016

【DOI】10.5194/bg-13-5677-2016

【摘要】Modelling the development of soils inglacier forefields is necessary in order to assess how microbial andgeochemical processes interact and shape soil development in response toglacier retreat. Furthermore, such models can help us predict microbial growthand the fate of Arctic soils in an increasingly ice-free future.

Here, for the first time, we combined field sampling withlaboratory analyses and numerical modelling to investigate microbial communitydynamics in oligotrophic proglacial soils in Svalbard. We measured lowbacterial growth rates and growth efficiencies (relative to estimates fromAlpine glacier forefields) and high sensitivity of bacterial growth rates tosoil temperature (relative to temperate soils). We used these laboratorymeasurements to inform parameter values in a new numerical model and significantlyrefined predictions of microbial and biogeochemical dynamics of soildevelopment over a period of roughly 120 years. The model predicted theobserved accumulation of autotrophic and heterotrophic biomass. Genomic dataindicated that initial microbial communities were dominated by bacteria derivedfrom the glacial environment, whereas older soils hosted a mixed community ofautotrophic and heterotrophic bacteria. This finding was simulated by thenumerical model, which showed that active microbial communities play key rolesin fixing and recycling carbon and nutrients. We also demonstrated the role ofallochthonous carbon and microbial necromass in sustaining a pool of organicmaterial, despite high heterotrophic activity in older soils. This combined field,laboratory, and modelling approach demonstrates the value of integratedmodel–data studies to understand and quantify the functioning of the microbialcommunity in an emerging High Arctic soil ecosystem.

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