為什么微小的微生物可能是氣候變化如何展開的重要因素

氣候變化是一件大事：融化的冰蓋，海平面上升，地球的高溫。

但科學(xué)家說，它也對小事 -namely，微生物。

無論你在地球上看到什么，你都會發(fā)現(xiàn)這些單細(xì)胞生物會謀生。在此過程中，他們生產(chǎn)和消耗溫室氣體，包括二氧化碳，甲烷和一氧化二氮，幫助控制這些行星變暖物質(zhì)在大氣中的濃度。它們共同在調(diào)節(jié)氣候方面發(fā)揮著巨大作用。

它們也是將生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合在一起的粘合劑。它們通常形成食物網(wǎng)的基礎(chǔ)并執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)，例如分解有機(jī)物質(zhì)，回收營養(yǎng)物質(zhì)和光合作用。

像所有生命形式一樣，微生物將感受到氣候變化的影響。他們的回應(yīng)方式可能對我們其他人產(chǎn)生巨大影響。例如，微生物將有助于確定溫室氣體的自然來源是否在變暖的世界中上升或下降。它們是面對環(huán)境壓力時生態(tài)恢復(fù)力的關(guān)鍵。

這就是為什么一組科學(xué)家發(fā)表了一份共識聲明，呼吁在本周的“ 自然評論微生物學(xué) ” 雜志上對這一主題進(jìn)行更多的研究。不幸的是，他們稱之為“科學(xué)家對人類的警告”。

“洛杉磯時報”采訪了加州理工學(xué)院的微生態(tài)生態(tài)學(xué)家維多利亞·奧爾潘(Victoria Orphan)，他幫助撰寫了關(guān)于為什么我們不應(yīng)該忽視微生物的聲明。

問：我們都在同一個頁面上，微生物是什么?

答：根據(jù)定義，它們有一個單元格。大多數(shù)你用肉眼看不到。但是盡管它們很小，但就它們可以做的化學(xué)類型來說，它們是非常強(qiáng)大的。

問：他們住在哪里?

答：無處不在?；旧?，任何我們認(rèn)為適合我們的地方，我們都會發(fā)現(xiàn)微生物。在我們認(rèn)為對于多細(xì)胞生命來說過于極端的地方，我們也會發(fā)現(xiàn)微生物。他們真的是殖民地球上每個可能的宜居空間的冠軍。

問：微生物與氣候變化有什么關(guān)系?

答：海洋中的許多微生物都像植物一樣進(jìn)行光合作用。他們負(fù)責(zé)在我們的大氣中產(chǎn)生一半的氧氣。與此同時，他們還將二氧化碳從大氣中吸入海洋并將其轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。因此，它們作為二氧化碳的匯集起著巨大的作用。

問：甲烷是另一種重要的溫室氣體。那個怎么樣?

答：甲烷主要由微生物循環(huán)。我們研究了一個特殊的過程，其中兩個微生物合作來做這個真正挑戰(zhàn)用硫酸鹽氧化甲烷的化學(xué)反應(yīng)。他們非常有效地做到這一點(diǎn)。我們不確切地知道這些數(shù)字，但是上層估計是海洋沉積物中甲烷的80%是在該微生物到達(dá)大氣層之前消耗的。

問：那么，如果這些微生物沒有合作，那么更多的甲烷會進(jìn)入大氣層?

答：沒錯。我們擔(dān)心有很多關(guān)于自然資源深海開采等問題的討論。我們對這些深海棲息地知之甚少。如果我們開始摧毀它們，這可能會擾亂系統(tǒng)并使這些重要的生物過濾器效率降低。

問：我們對氣候科學(xué)的看法是否忽視了微生物?

這取決于你問誰。一些科學(xué)家敏銳地意識到微生物的重要性。但我們需要向其他人宣傳這一點(diǎn)非常重要。

這不僅僅是在我做大部分工作的深海，而是在每一個棲息地。微生物基本上決定從這些生態(tài)系統(tǒng)排放多少溫室氣體，無論是作為這些氣體的來源還是消費(fèi)者。

問：你能舉例說明微生物對氣候變化的反應(yīng)如何能夠放大這個問題?

答：熟悉的是融化永久凍土?；旧?，你正在采取富含碳的冷凍沉積物，你正在解凍它們。微生物在這種有機(jī)碳上盛宴，作為其新陳代謝的最終產(chǎn)物，它們正在生產(chǎn)甲烷等物質(zhì)。這就像把冰凍的晚餐從冰箱中取出來解凍一樣 - 現(xiàn)在它變得可以食用了。

永久凍土中含有大量的碳，如果不是更長時間，它已經(jīng)儲存了數(shù)千年。但突然間，它一下子全部可用。這不僅僅是這個過程正在進(jìn)行的事實(shí)，它也是一個可以使系統(tǒng)失去平衡的速度。

問：微生物有哪些方法可以提供幫助?

答：我認(rèn)為工程微生物有很多令人興奮的潛力。但為了以有效的方式應(yīng)用這一點(diǎn)，我們確實(shí)需要了解它們對生態(tài)系統(tǒng)的全面影響以及它們的響應(yīng)方式。

我的同事弗朗西斯·阿諾德(Frances Arnold)是進(jìn)行定向進(jìn)化和制作各種非常有趣的產(chǎn)品和事物的冠軍，我們從來沒有想到微生物可以做到的事情。

問：微生物可以幫助氣候的一個例子是什么?

答：奶牛是甲烷的巨大生產(chǎn)國。通過草或玉米的發(fā)酵，它們的瘤胃產(chǎn)生甲烷。這個瘤胃就像一個小生態(tài)系統(tǒng) - 就像研究深海沉積物一樣。因此，我們可以通過各種方式更好地了解微生物如何協(xié)同工作，以便從一開始就盡量減少甲烷的產(chǎn)生，或者嘗試在甲烷從奶牛中排出之前氧化甲烷。

問：在共識聲明中，你警告說“氣候變化的影響將在很大程度上取決于微生物的反應(yīng)”。你希望人們用這些知識做什么?

答：我希望他們不僅要了解微生物基本上統(tǒng)治地球這一事實(shí)，我們只是，你知道，這是一種訪問，但也是為了重視和理解努力研究這一點(diǎn)的重要性。我們開始走上這條軌道，但仍需要更多地意識到它的重要性。

問：你還有什么想讓我們知道的嗎?

答：從認(rèn)為微生物是危險的細(xì)菌到擁抱微生物組，人們已經(jīng)經(jīng)歷了這種根本性的變化。這真的太棒了，因?yàn)槿藗冋嬲P(guān)心他們的健康和健康。那么我們?nèi)绾螌⑦@種興奮和奇跡轉(zhuǎn)化為我們周圍的自然世界?我認(rèn)為這是一個很大的挑戰(zhàn)。