這或許有點(diǎn)令人震驚，僅僅550萬年前我們的星球上還不存在兩極。其實(shí)那時(shí)候的地球是濕熱且失控的溫室氣體世界，有著超過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。

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？

出現(xiàn)在北極的淡水蕨類

這是一個(gè)很好的問題，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)家喬納森·布亞克（JonathanBujak）回憶說：“甚至直到2004年，北極對(duì)人們來說還是一個(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)來認(rèn)識(shí)它。”

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)的問題卻讓人大吃一驚。

產(chǎn)生疑問的來源是一塊厚達(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。

布亞克說：“老實(shí)說，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？”

布亞克并非是唯一對(duì)這些紅萍感到疑惑的人，同一時(shí)期來自杜克大學(xué)的植物學(xué)家凱瑟琳·派爾（KathleenPryer）也向政府申請(qǐng)資助來對(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

派爾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。

這并沒有阻止她繼續(xù)探索，派爾知道對(duì)紅萍進(jìn)行基因測(cè)序的需求是廣泛的。紅萍數(shù)千年來被用來為稻田增肥，并以聞所未聞的速度進(jìn)行固氮。長(zhǎng)久以來各領(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。”派爾說，“得有人來為下一步的工作開個(gè)頭，所以我們決定依靠眾籌的幫助來打開局面。”

謎底或?qū)⒃谌A大基因揭開

派爾的團(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——華大基因決定來幫助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。

派爾說：“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。”

紅萍傳奇

與藍(lán)藻菌共同進(jìn)化了1億年

1878年，德國(guó)自然學(xué)家海因里希·阿托恩德·巴里（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解釋他的定義，同時(shí)他也注意到紅萍這種蕨類體內(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)間的發(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)家和紅萍研究專家弗朗西斯科·卡拉皮克（FranciscoCarrapico）說：“這些細(xì)菌僅僅存在于紅萍的葉子中，紅萍與細(xì)菌的這種共生方式與其它物種相比都不一樣，藍(lán)藻細(xì)菌通過孢子在紅萍之間傳播，這是一種理想的共生關(guān)系。”

為什么出現(xiàn)在北極

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)來研究這個(gè)問題，他們匯集了來自全球的各領(lǐng)域科學(xué)家，最終提出紅萍在北極出現(xiàn)的一種解釋。

布亞克稱：“我們一直處于震驚之中，直到卡拉皮克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。”

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，都讓人覺得它出現(xiàn)在北極就已太過不可思議，更不要說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之地中拯救出來。

什么原因阻止了這種不屈的植物

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

發(fā)現(xiàn)故事

遠(yuǎn)古植物和發(fā)現(xiàn)它的“女漢子”

紅萍的發(fā)現(xiàn)歷程也是一次探險(xiǎn)。首位完成環(huán)球航行的女性珍妮·拜瑞特（JeanneBaret）應(yīng)該是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)紅萍的西方人。

拜瑞特早先是路易十五麾下自然學(xué)家菲利伯特·康姆森（PhilibertCommerson）的家庭女仆，在康姆森招募環(huán)球航行助手時(shí)她也加入了。在航行中她偽裝成男性，幫助康姆森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)生了越來越多的懷疑，她必須得時(shí)刻都表現(xiàn)得陽剛之氣十足。

瓦薩學(xué)院的麗莎貝·派拉文森妮·吉伯特（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（拜瑞特）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。”

最終，拜瑞特的女性身份還是被發(fā)現(xiàn)了，但船員們并沒有因此有太大騷動(dòng)和小題大做，拜瑞特得以繼續(xù)她的工作。1773年在回程途中康姆森在現(xiàn)在的毛里求斯去世。拜瑞特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)家簡(jiǎn)·巴奇斯特·拉馬克（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)拜瑞特于1780年代回到法國(guó)，她得到了未曾預(yù)料的歡迎。由于船主和康姆森的一些朋友的幫助，她不僅沒有被宮廷制裁，還獲得法國(guó)海軍授予的“杰出女性”頭銜，并得到一份津貼。

撰文：詹妮弗·赫伊曾（JenniferHuizen）

翻譯：呂薈

稿件來源：環(huán)球科學(xué)（科學(xué)美國(guó)人中文版）

延伸閱讀

不妙！地球多項(xiàng)氣候指數(shù)均破最高紀(jì)錄

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，7月17日，美國(guó)氣象學(xué)會(huì)最新發(fā)布2013年全球氣候狀況報(bào)告，顯示溫室氣體、海平面、全球氣溫和其它氣候指數(shù)在2013年均保持上升趨勢(shì)。

這份研究報(bào)告是由全球57個(gè)國(guó)家425位科學(xué)家共同完成的，提供了全球氣候指標(biāo)、顯著氣候事件的詳細(xì)更新信息，同時(shí)包括收集的環(huán)境監(jiān)控狀況，大氣、陸地、海洋和冰川的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

美國(guó)國(guó)家海洋和大氣局負(fù)責(zé)人凱瑟琳·沙利文（KathrynSullivan）說：“這項(xiàng)研究更進(jìn)一步地強(qiáng)化了科學(xué)家數(shù)十年來的觀測(cè)結(jié)果：地球開始變得更加炎熱。該報(bào)告提供一些重要的基礎(chǔ)信息，我們需要研制新的工具和服務(wù)項(xiàng)目，適用于社會(huì)團(tuán)體、商業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)建造氣候變化影響的恢復(fù)力。”

氣候?qū)W家稱，二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等溫室氣體已達(dá)到破紀(jì)錄水平，這是由于地球大氣層誘捕的熱量導(dǎo)致地球表面變得更加溫暖造成的。

該報(bào)告指出，2013年燃燒化石燃料已達(dá)到歷史最高水平。去年夏威夷莫納羅亞山天文臺(tái)觀測(cè)的二氧化碳指數(shù)首次達(dá)到百萬分之400，這一變化不容忽視。去年澳大利亞迎來了歷史紀(jì)錄上最炎熱的一年，對(duì)于阿根廷和新西蘭分別是歷史上第二熱年和第三熱年。

自1880年開始記錄天氣狀況以來，全球氣溫持續(xù)升高，依據(jù)不同科學(xué)團(tuán)體的統(tǒng)計(jì)方法，2013年被標(biāo)注為第二熱至第六熱之間。作為太平洋冰川融化和上升氣溫所形成的結(jié)果，海平面持續(xù)上升，全球海平面持續(xù)了過去20多年年均3.2毫米的上升速度。

這份報(bào)告里有許多對(duì)北極熊生存不利的消息，北極冰川持續(xù)融化減少，同時(shí)，北極陸地氣溫升高速度快過全球其它地區(qū)。此外，還有更多關(guān)于2013年全球極端氣候事件的實(shí)例，例如：2013年11月，“海燕”超級(jí)臺(tái)風(fēng)摧毀了阿拉斯加州東南部地區(qū)。

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