小小蕨類如何改變地球氣候

紅萍特寫照：小東西有時(shí)候也有強(qiáng)大的碳捕獲能力（圖片來(lái)源：MygaiaviaWikimediaCommons）

這或許有點(diǎn)令人震驚，僅僅550萬(wàn)年前我們的星球上還不存在兩極。其實(shí)那時(shí)候的地球是濕熱的且失控的溫室氣體世界，有著超過(guò)2500ppm含量的二氧化碳。然后突然之間，發(fā)生了一些事情，轉(zhuǎn)變隨之而來(lái)。

隨后大氣圈中的二氧化碳含量開始下降，兩極開始出現(xiàn)冰川，慢慢形成了如今我們的世界。但為什么會(huì)發(fā)生這一切？而更進(jìn)一步的問(wèn)題是，促使這一切發(fā)生的因素是否對(duì)如今控制氣候變化的努力有所幫助？

這是一個(gè)很好問(wèn)題，但它的答案深埋在北極圈內(nèi)。

研究化石孢子和花粉粒等塵土和微小顆粒的著名孢粉學(xué)家JonathanBujak回憶說(shuō)，“甚至直到2004年，北極對(duì)人們來(lái)說(shuō)還是一個(gè)巨大的未知領(lǐng)域，但是隨著冰川逐漸融化，我們也有了新的機(jī)會(huì)來(lái)認(rèn)識(shí)它?！?/P>

一項(xiàng)與“綜合海洋鉆探”計(jì)劃相關(guān)的，名為“北極核心探索”的研究計(jì)劃，期望找到這一現(xiàn)象的線索并解釋其原因。而研究人員所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題卻讓人大吃一驚。

產(chǎn)生疑問(wèn)的來(lái)源是一塊厚達(dá)26英尺的柱狀蕨類化石，這種叫做紅萍（Azolla）的蕨類植物小到只有指甲大小，但是有著兩天內(nèi)繁殖一倍的能力。

Bujak說(shuō)，“老實(shí)說(shuō)，我們都非常震驚，在離岸數(shù)千公里的北極，為什么會(huì)出現(xiàn)淡水蕨類？它又是如何改變地球的氣候的？”

Bujak并非是唯一對(duì)這些紅萍感到疑惑的人，同一時(shí)期來(lái)自杜克大學(xué)的植物學(xué)家KathleenPryer也向政府申請(qǐng)資助來(lái)對(duì)這些蕨類植物進(jìn)行基因組測(cè)序。

眾籌資金的基因組測(cè)序

Pryer不確定能從這些古植物中獲得什么信息，蕨類植物是地球上已知最古老的植物生命形式之一，之前也從未有過(guò)對(duì)蕨類植物進(jìn)行基因測(cè)序。但是因?yàn)檗ь愔参锊⒉幌褶r(nóng)業(yè)作物那樣具有商業(yè)價(jià)值，她的測(cè)序申請(qǐng)被駁回了。

這并沒(méi)有阻止她繼續(xù)探索，Pryer知道對(duì)紅萍進(jìn)行基因測(cè)序的需求是廣泛的。紅萍數(shù)千年來(lái)被用來(lái)為稻田增肥，并以聞所未聞的速度進(jìn)行固氮。長(zhǎng)久以來(lái)各領(lǐng)域的科研人員都在擴(kuò)展這種植物的應(yīng)用，包括廢水處理、生物降解、人畜的食物甚至是生物燃料。

不僅是這些，紅萍還具有令人驚訝的固化碳的能力，每公頃紅萍每年可以捕捉高達(dá)60噸的二氧化碳，相當(dāng)于波音747航行兩小時(shí)所排放的碳量。

“這些小小蕨類具有驚人的能力，包括碳儲(chǔ)存、固氮以及提高食物生產(chǎn)能力，也不會(huì)對(duì)地球環(huán)境造成損害?！盤ryer說(shuō)，“得有人來(lái)為下一步的工作開個(gè)頭，所以我們決定依靠眾籌劃的幫助來(lái)打開局面?！?/P>

Pryer的團(tuán)隊(duì)在Experiment.com網(wǎng)站的協(xié)助下設(shè)立了一個(gè)眾籌項(xiàng)目，以期獲得15000美元來(lái)為紅萍基因測(cè)序。兩周之前，全球最大的基因測(cè)序?qū)嶒?yàn)室之一——華大基因（BeijingGenomicsInstitute）決定來(lái)幫助Pryer實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想。這意味著最少只要一年時(shí)間，紅萍如何拯救地球氣候的故事就可能被揭曉。

Pryer說(shuō)他們?cè)诨I集資金活動(dòng)中增加了額外的一輪，將之前已經(jīng)籌集的資金仍保留在內(nèi)，同時(shí)準(zhǔn)備了最好的樣本送到中國(guó)進(jìn)行測(cè)序檢測(cè)，以使得大家更多獲益。本周這一籌集活動(dòng)正式結(jié)束了。

Pryer說(shuō)，“由于有了這額外一輪的籌資，我們將可以準(zhǔn)備出最好的紅萍基因樣本送檢?！?/P>

遠(yuǎn)古植物和一個(gè)神秘女人

紅萍的發(fā)現(xiàn)歷程也是一次探險(xiǎn)。首位完成環(huán)球航行的女性JeanneBaret應(yīng)該是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)紅萍的西方人。Baret早先是路易十五麾下自然學(xué)家PhilibertCommerson的家庭女仆，在Commerson招募環(huán)球航行助手時(shí)她也加入了。在航行中她偽裝成男性，幫助Commerson收集了大量植物樣本。她的努力十分不易，因?yàn)榇系乃謧儗?duì)她的性別產(chǎn)生了越來(lái)越多的懷疑，她必須得時(shí)刻都表現(xiàn)的陽(yáng)剛之氣十足。

瓦薩學(xué)院的LizabethParavisini-Gebert在2001年發(fā)表的一篇論文中描述道，“航海員們注意到他（Baret）在麥哲倫海峽的大雪和冰山的遠(yuǎn)征途中，一直伴隨他的主人左右，攜帶著武器和植物樣本，充滿了勇氣和力量?！?/P>

最終，Baret的女性身份還是被發(fā)現(xiàn)了，但船員們并沒(méi)有因此有太大騷動(dòng)和小題大做，Baret得以繼續(xù)她的工作。1773年在回程途中Commerson在現(xiàn)在的毛里求斯去世。Baret選擇留在毛里求斯島上，并嫁給了一位前海軍軍士。

當(dāng)這些植物樣本被送回法國(guó)，當(dāng)時(shí)另一位著名法國(guó)科學(xué)家Jean-BaptisteLamarck見到了這些樣本，但他錯(cuò)誤的將紅萍分類到開花植物的某個(gè)類別中。當(dāng)然，他沒(méi)有機(jī)會(huì)看到紅萍在大片水域中漂浮著的盛大場(chǎng)景。當(dāng)Baret于1780年代回到法國(guó)，她得到了未曾預(yù)料的歡迎。由于船主和Commerson的一些朋友的幫助，她不僅沒(méi)有被宮廷制裁，還獲得法國(guó)海軍授予的“杰出女性”頭銜，并得到一份津貼。

1878年，德國(guó)自然學(xué)家HeinrichAtondeBary用紅萍首次描述了他對(duì)共生的定義——兩種不同生物在一起和諧生存。他以紅萍和青苔的共生為例來(lái)解釋他的定義，同時(shí)他也注意到紅萍這種蕨類似乎體內(nèi)似乎有一種細(xì)菌，這兩者之間更像是共生的案例。紅萍具有一英寸大小的海綿狀裂片葉，漂浮在淡水表面，長(zhǎng)長(zhǎng)的卷須在水下?lián)u曳。在它的葉片中具有一個(gè)奇特的微環(huán)境，一種叫做藍(lán)藻菌的微小細(xì)菌與紅萍已共同進(jìn)化了差不多1億年。

隨著時(shí)間發(fā)展，藍(lán)藻細(xì)菌已經(jīng)失去了離開紅萍獨(dú)立生存的能力，但它們的光合作用功能將紅萍的固氮能力提升了12到20倍。這些細(xì)菌因其光合作用的能力成了紅萍的能量來(lái)源，同時(shí)它們也在紅萍葉上獲得了棲息地和食物。

里斯本大學(xué)的細(xì)胞生物學(xué)家和紅萍研究專家FranciscoCarrapico說(shuō)，“這些細(xì)菌僅僅存在于紅萍的葉子中，紅萍的與細(xì)菌這種共生方式與其它物種相比都不一樣，藍(lán)藻細(xì)菌通過(guò)孢子在紅萍之間傳播，這是一種理想的共生關(guān)系?！?/P>

具有強(qiáng)大的固氮能力也讓紅萍成為不可思議的固碳植物。但是這些還是沒(méi)法解釋紅萍為什么會(huì)出現(xiàn)在北極。為此，荷蘭烏得勒支大學(xué)成立了一個(gè)名為“達(dá)爾文紅萍”的研究團(tuán)隊(duì)來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題，他們匯集了來(lái)自全球的各領(lǐng)域科學(xué)家，最終提出紅萍在北極出現(xiàn)的一種解釋。

Bujak稱，“我們一直處于震驚之中，直到Carrapico提出我們也需要在當(dāng)今的背景下考慮紅萍的碳捕捉能力?！?/P>

研究人員有充分理由認(rèn)為這種能力不是紅萍在北極生存的因素。即使有充足的碳和氮，紅萍的大小以及只能生活在淡水中都讓人覺(jué)得它出現(xiàn)在北極就已太過(guò)不可思議，更不要說(shuō)形成可以改變地球整體氣候的規(guī)模和能力，將地球從一個(gè)差不多像金星一樣炎熱的湮沒(méi)之地中拯救出來(lái)。

如同其它大多數(shù)有趣的科學(xué)故事一樣，一個(gè)問(wèn)題被解決了，另一個(gè)新問(wèn)題馬上就會(huì)被提出。

如果紅萍曾如此大規(guī)模的生長(zhǎng)，乃至它對(duì)氣候的影響程度很高，那么是什么原因阻止了這種不屈的蕨類植物，并導(dǎo)致了氣候的劇變呢？研究者們探究的越深入，他們也越發(fā)現(xiàn)紅萍的傳奇故事是那么的不可思議。（撰文：詹妮弗·赫伊曾（JenniferHuizen）翻譯：呂薈）