北极地区正经历全球变暖的加剧，尤其是海冰消融的速度远远超过全球其他地区。根据气候模型，北极的气温升高速度是全球平均水平的两倍以上，导致海冰覆盖面积逐年减少。海冰的消融不仅改变了北极的物理环境，也对当地的生物群落造成了深远的影响。海冰下的微生物群落通常由高度特化的物种组成，这些物种能够适应低温、低光等极端环境条件。随着海冰的消退，这些特化型的微生物群落可能会受到严重冲击，被更为普适、适应能力较强的物种取代。这种变化可能导致生物多样性的下降，并进一步影响北极海洋生态系统的功能，进而影响整个生态食物链。
北极的浮冰。摄影：赵宇 ©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）
之前关于北极海洋微生物群落的研究较为匮乏，特别是对冰下环境中的微生物群落的了解几乎没有。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，近日，由埃克塞特大学（University of Exeter）主导的国际研究团队发布的一项新研究表明，随着北极海冰的融化，生活在冰层下的特化型生命形式正面临前所未有的生存威胁。该研究于2024年11月26日发表在《科学报告》（Scientific Reports）期刊上，揭示了北极冰层下生态系统的脆弱性以及气候变化对这些独特物种的潜在影响。
研究团队在加拿大北部博福特海（Beaufort Sea）展开了广泛的生态调查，研究了海洋中的微观生命形式。这些研究样本来自四个不同的环境：开放海域、河口、海岸线以及海冰下的水域。结果显示，海冰下的生态群落生物种类最为单一，主要由一些特化型浮游生物和微生物组成，这些物种长期适应了严苛的冰下环境。
上图：采样区域与环境条件。（a）图示展示了北冰洋博福特海（Beaufort Sea）的采样站点及其分布情况，并叠加了平均海冰浓度和重要的海洋学特征。图中标示了博福特涡旋（Beaufort Gyre）、巴罗峡谷（Barrow Canyon）和麦肯齐海槽（Mackenzie Trough）的大致位置，同时也标注了麦肯齐河（Mackenzie River）。各采样站点按照图1b中的环境聚类进行标注。（b）热图与树状图展示了各采样站点的标准化环境数据。热图单元格根据环境数据矩阵的z分数（参见附表S1）进行着色，黑色分隔线表示通过层次聚类法对欧几里得距离矩阵划分出的聚类。热图右侧的条形图中，采样站点根据加权UniFrac聚类进行颜色标注。需注意，11个采样站点缺少NH₄数据，这些站点以灰色单元格表示。图源：Jackson V L N, Grevesse T, Kilias E S, et al.
北极地区的气温上升速度是全球平均水平的两倍，导致海冰快速消融。科学家们警告，随着冰层的消失，冰下的独特生物群落可能会被更具普适性的物种取代，这将对北极生态系统产生深远影响。
埃克塞特大学生物系统研究所的维基·杰克逊（Vicky Jackson）博士表示：“海洋中的每一滴水都充满了微小的有机体，这些有机体形成了复杂的生态系统，是海洋食物链的基石，为海洋动物提供了食物。”然而，随着冰层的消失，海冰下的这些特化物种可能无法适应新的环境，进而影响整个生态系统。
进一步分析表明，最为特化的微生物群落出现在海冰下方的水域，这些群落由一些稀有物种构成，对环境变化具有较高的脆弱性。研究指出，随着海冰的持续消融，这些特化的冰关联微生物群落可能会被更具普适性的物种所取代，这一转变可能对北极海洋的生物多样性和生态系统功能造成长远影响。
研究人员进一步指出，冰层下的物种已经适应了低紫外线照射等极端环境条件。埃克塞特大学的亚当·莫尼尔（Adam Monier）博士表示：“这些物种在长期适应冰下环境后，具备了特殊的生存能力，但北极变暖的速度远远超过这些物种的适应能力。随着环境的快速变化，它们可能会被更具竞争力的普适物种所取代，最终可能影响整个海洋食物链。”
此次研究通过从海水样本中提取RNA，分析了其中活跃的微生物群落。这项研究的部分资金得到了亚当·莫尼尔博士的皇家学会大学研究奖学金的支持。研究人员表示，这一研究为了解北极生态系统的变化提供了新的视角，并强调了气候变化对生物多样性的深远影响。
此项研究强调了海冰丧失对北极生态系统的潜在威胁，特别是在生物多样性丰富的区域。随着气候变化加剧，北极海域的环境条件正在发生快速变化，这使得许多特化型微生物物种面临生存压力。
随着北极气候的变化，冰层下特化物种的生存环境正在迅速改变，全球气候变暖对这些物种带来了巨大的挑战。科学家们呼吁，国际社会应加强合作，采取行动应对气候变化带来的生态风险，并为保护北极独特生态系统采取有效措施。
感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看该研究的原文：
Victoria L. N. Jackson, Thomas Grevesse, Estelle S. Kilias, Deo F. L. Onda, Kirsten F. Young, Michael J. Allen, David A. Walsh, Connie Lovejoy, Adam Monier. Vulnerability of Arctic Ocean microbial eukaryotes to sea ice loss. Scientific Reports, 2024; 14 (1) DOI: 10.1038/s41598-024-77821-9
https://www.springernature.com/gp/open-science/about/the-fundamentals-of-open-access-and-open-research
上图：极度濒危的极度濒危的圆犁头鳐。©摄影：王敏幹（John MK Wong）
（注：本文仅代表资讯，不代表海湿平台观点。欢迎留言、讨论。）
资讯源 | Jackson V L N, Grevesse T, Kilias E S, et al.
编译 | 王芊佳
编辑 | 绿茵
排版 | 绿叶
思考题·举一反三
QUESTIONS & CRITICAL THINKING
【Q1】不同环境驱动因素可能塑造了独特的微生物群落，它们在物质循环和能量流动中可能具有重要作用。那么，极地微生物多样性的分布差异，反映了哪些生态功能的“分工”呢？这些功能又可以如何在应对气候变化中发挥作用？
【Q2】随着气候变化，极地河流输入和海冰覆盖的变化可能会进一步改变营养盐输送、盐度和温度。那么，河流输入和海冰消融对博福特海微生物群落的影响是否存在长期累积效应？这些变化是否会在未来对整个北极生态系统产生连锁反应？
【Q3】博福特海微生物群落的系统发育多样性变化，是否表明了可能有不同演化压力的存在？如何在更大的时间尺度上，去揭示这些群落的形成过程与环境演化的耦合关系？
【Q4】在这个研究中，提到，极地微生物群落中大量未分类的变异特征序列（Amplicon Sequence Variants，简称ASV）。那么这是否意味着存在未知的生态功能？能否通过结合宏基因组学、以及单细胞基因组学的方法，去更深入地揭示这些微生物的代谢潜力、以及它们在极端环境下的适应策略？
【参考资料】
Vulnerability of Arctic Ocean microbial eukaryotes to sea ice loss
https://news.exeter.ac.uk/faculty-of-health-and-life-sciences/biosciences/under-ice-species-at-risk-as-arctic-warms/
University of Exeter. "Under-ice species at risk as Arctic warms." ScienceDaily. ScienceDaily, 26 November 2024. <www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241126135004.htm>.返回搜狐，查看更多
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