生命已定殖冰川消融地区: 气候变化开启的生态演替 | Biogeosciences 论文推荐

随着气候变暖与冰川消融，北极陆地生态系统开始产生变化。已有大量微生物不畏严寒，迅速在冰川前端这种荒芜之地定殖。

斯瓦尔巴群岛新奥勒松地区（图：刘小鸥）

主要来源 布里斯托大学

推荐&编译 刘小鸥（挪威科技大学北极斯瓦尔巴中心）

审校  雷文茜

两极一直被认为是指示气候变化的风向标。近几十年，随着北极地区明显升温与冰川逐渐消融，一种外星球般的“后冰川”（post-glaciation）新景观在北极斯瓦尔巴群岛上出现。

Biogeoscience 报道了一组英国的研究人员在该景观地区进行了土壤实验分析与模拟研究（论文信息见文末）。难以置信的是，已有多种微生物群落在此“落户”定殖。

这类地球上最小、最简单的生命形式不畏严寒，“忍饥挨饿”地在这种相对贫瘠的土壤中蓬勃生长。

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研究人员通过比较不同年龄的土壤样本发现，微生物生物量与活动性随时间增加。同时，该研究首次将分子及地球化学分析与新的计算模拟技术相结合。这种综合方法清楚地表明，在这种荒漠般的土壤中，微生物作用是有机碳与营养周转快速增长的主要原因。

不同年龄的土壤中，模型模拟与基因组分析结果（图中16S数据）的微生物相对丰度比较。基因组分析表明，随着年龄增加，土壤异养生物（橙色）明显增加。比较模拟与基因组结果发现，模拟结果在早期与基因组分析具有较高吻合度。（图片来源：论文原文）

土壤中的微生物能够固定大气二氧化碳，也通过呼吸作用与有机碳降解释放二氧化碳。已有研究发现，全球变暖增加了全球土壤的微生物群落释放更多二氧化碳的可能。而极地陆地生态系统对变暖的响应更是十分复杂。

论文的第一作者 Bradley 介绍：“我们希望利用模拟技术探究更大尺度上的变化，例如，在现今全球气候变化的速率下，极地地区大规模的冰川消融对陆地生态系统的影响。”

他亦感慨，“这些微生物在北极冰川前端这种荒芜之地依旧能够定殖，这增进了我们对生命在极端环境中生存能力的认识。”

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

参考文献：

[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).

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论文基本信息

【题目】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.

【原文链接】http://www.biogeosciences.net/13/5677/2016/

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