冰川藻类在格陵兰冰原边缘形成了黑暗地带

2020-09-25 123藻类

布里斯托尔大学的科学家们领导的一项新研究揭示了新的见解,即冰川藻类在格陵兰冰原边缘形成了黑暗地带。

这种变暗是至关重要的,因为较暗的冰吸收更多的阳光能量,融化得更快,加速了冰的整体融化,这是导致全球海平面上升的最大因素。

极端微生物微藻,或所谓的“冰川藻类”,能够生活在冰川和冰原表面的上几厘米的冰上,并能在夏季融化季节形成大面积的水华。

冰川藻类在格陵兰冰原边缘形成了黑暗地带

格陵兰冰盖上的冰川藻华非常广泛,以至于它们在表面冰层中的存在被认为是造成过去20年卫星观测中出现的被称为“暗区”的冰盖西部边缘广泛变暗的原因。

冰川藻类在格陵兰冰原边缘形成了黑暗地带,冰盖变暗和冰川藻华之间的联系已经得到模型和实地观察的支持,但藻类究竟是如何或为什么导致大面积变暗,目前还不清楚。

布里斯托尔领导的小组利用详细的实地观察、取样、实验和建模,作为国家能源委员会资助的“黑与布鲁姆”项目的一部分,展示了冰川藻类如何调节细胞内的能量,以便在格陵兰冰盖极端的光和温度环境下平衡光合作用和生长的需求,以及如何优化它们使冰变暗和融化。

这项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究揭示了冰川藻类如何以11倍于叶绿素a(通常是绿色微藻中含量最丰富的色素)的细胞含量产生一种独特的酚类“防晒”色素。

研究内容

这种酚类色素用于捕捉和吸收藻类在冰盖表面所接受的大部分强烈阳光,保护藻类叶绿体(位于充满这种色素的液泡下方)免受过度紫外线和可见光辐射的伤害。

这种防晒色素所吸收的能量随后会作为产生熔体的热量提供给细胞——对于生活在冰天雪地的藻类来说,这是一种非常聪明的机制,在那里,获得液态水是生长和生存的主要限制。

这种色素沉着可以保护细胞免受过度的阳光照射,同时也可以利用靠近细胞的熔化产生的能量,提供获得液态水和对生命至关重要的溶解营养素的途径。

不幸的是,这种色素的大量产生也是为什么格陵兰冰盖在夏季融化季节变得如此明显变暗的原因之一,因为冰藻在表面冰中达到了大量的水华(每毫升融水中大约有10000个细胞),导致地表融化量增加了大约10%。

研究意义

这项研究的主要作者、布里斯托尔大学布里斯托尔冰川学中心和地理科学学院的克里斯·威廉森博士说:“永久性寒冷的生态系统占地球生物圈的70%以上,尽管我们对能够在这些极端环境中茁壮成长的微生物知之甚少。

“我们的研究为生活在冰川和冰原表面的极端微生物微藻的生态学和生理学提供了新的见解,展示了生命如何能够在这些极端的冰层环境中茁壮成长。

“这项工作在研究冰川和冰盖系统的质量平衡(融化与生长)方面具有重要的应用价值,允许将这种‘生物反照率’效应纳入冰盖表面反射率(变暗)和融化的计算中。”

在量化了冰川藻类产生的全套色素并在格陵兰冰盖表面模拟了它们的生长之后,该小组的下一步是将所有这些“生物效应”纳入格陵兰冰盖物质平衡的更大模型中,以预测它们对冰盖融化和全球海平面上升的总体贡献。

考虑到格陵兰冰盖的大小,下一步需要使用大规模区域气候模型进行数值模拟。这项工作目前正在进行中,作为黑色和布鲁姆和深紫色项目的一部分。

引用

University of Bristol. "Glacier algae creates dark zone at the margins of the Greenland Ice Sheet." ScienceDaily. ScienceDaily, 25 February 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200225114419.htm.

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