格陵兰冰盖上的“暗色引擎”：冰藻如何加速冰盖融化并影响全球气候

为解决冰藻在格陵兰冰盖融化过程中对冰面反照率（Albedo）降低及融化加速的具体作用机制问题，中国科学院的研究人员开展了关于冰藻营养策略及其生态功能的研究。他们发现冰藻通过优化C:N:P比率和高效的营养吸收能力，能够在贫瘠的冰盖表面快速生长，且无需额外营养输入即可扩张。这一发现不仅揭示了冰藻在冰盖生态系统中的关键角色，还强调了其对冰盖融化和气候变化的潜在影响，为未来冰盖融化动态预测提供了重要依据。

　　

在全球气候变暖的背景下，格陵兰冰盖的融化速度不断加快，这一现象引起了科学家们的高度关注。冰盖表面的融化不仅受到温度升高的直接影响，还受到冰面藻类（Ice Algae）生长的间接影响。这些藻类通过降低冰面反照率（Albedo），加速了冰盖的融化过程。然而，目前对于藻类生长的营养限制因素以及它们如何适应冰盖表面贫瘠环境的理解还非常有限。为了解决这一问题，中国科学院的研究人员在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上发表了一篇题为《格陵兰冰盖冰藻的营养策略及其对冰面反照率的影响》（Nutrient Strategies of Glacier Ice Algae and Their Impact on Ice Albedo on the Greenland Ice Sheet）的论文，揭示了冰藻在营养匮乏环境中的生存策略及其对冰盖融化的潜在影响。

为了深入研究冰藻的营养需求和生长机制，研究人员采用了多种先进的技术方法。他们利用单细胞分析技术（Single-Cell Analysis），直接测量了冰藻细胞的碳（C）、氮（N）和磷（P）的原子比（C:N:P Ratios），以及对溶解无机碳（Dissolved Inorganic Carbon, DIC）、铵（Ammonium, NH4+）和硝酸盐（Nitrate, NO3-）的同化作用。此外，研究人员还结合了稳定同位素示踪技术（Stable Isotope Tracing）和高分辨率二次离子质谱（High-Resolution Secondary Ion Mass Spectrometry, HR-SIMS），以精确评估冰藻的营养吸收效率和生长动态。

研究背景与问题

格陵兰冰盖是地球上最大的冰体之一，其融化对全球海平面上升有着显著影响。近年来，冰盖表面的藻类生长引起了科学家的注意。这些藻类，尤其是暗色藻类（Dark-Pigmented Microalgae），通过降低冰面反照率，加速了冰盖的融化。然而，目前对于藻类生长的营养限制因素以及它们如何适应冰盖表面贫瘠环境的理解还非常有限。这一知识空白限制了我们对冰盖融化动态的全面理解，也影响了对未来气候变化的准确预测。

研究方法

为了回答这些问题，研究人员采用了多种先进的技术方法。他们利用单细胞分析技术，直接测量了冰藻细胞的碳（C）、氮（N）和磷（P）的原子比（C:N:P Ratios），以及对溶解无机碳（DIC）、铵（NH4+）和硝酸盐（NO3-）的同化作用。此外，研究人员还结合了稳定同位素示踪技术（Stable Isotope Tracing）和高分辨率二次离子质谱（HR-SIMS），以精确评估冰藻的营养吸收效率和生长动态。这些技术的结合为研究人员提供了前所未有的微观视角，使他们能够深入了解冰藻的生理机制和生态功能。

研究结果

冰盖表面的物理化学条件

研究人员在格陵兰冰盖南部边缘采集了冰样，分析了冰面微生物群落的组成，并测量了冰藻细胞的元素比。结果显示，冰盖表面的溶解无机营养物质浓度极低，其中NH4+、NO3-和PO43-的浓度分别仅为0.08 μM、0.05 μM和0.01 μM。这些低浓度的营养物质表明冰盖表面是一个极度贫瘠的环境。

冰藻的C:N:P比率

通过单细胞分析，研究人员发现冰藻细胞的C:N和C:P原子比远高于海洋生态系统中常见的Redfield比率（C:N=6.6, C:P=116）。冰藻的平均C:N和C:P比率分别为19和509，这表明冰藻在冰盖表面的生长可能并不依赖于外部营养物质的输入。此外，研究人员还观察到冰藻细胞内存在磷（P）的富集，这可能是冰藻适应营养匮乏环境的一种策略。

冰藻的营养吸收与生长动态

研究人员通过稳定同位素示踪技术，评估了冰藻对DIC、NH4+和NO3-的吸收效率。结果显示，冰藻在自然条件下表现出高效的营养吸收能力，即使在营养物质浓度极低的情况下，也能维持较高的生长速率。此外，研究人员还发现，即使在添加了额外的营养物质后，冰藻的生长速率并没有显著提高，这进一步证实了冰藻对营养物质的高效利用能力。

冰藻对冰盖融化的影响

研究人员通过实验模拟了冰藻生长对冰盖反照率的影响。结果表明，冰藻的生长显著降低了冰面反照率，从而加速了冰盖的融化。这一发现强调了冰藻在冰盖融化过程中的重要作用，也为理解冰盖融化动态提供了新的视角。

研究结论与讨论

研究人员得出结论，冰藻通过优化营养吸收和储存策略，成功适应了冰盖表面极度贫瘠的环境。这种适应能力使得冰藻能够在不依赖外部营养输入的情况下，迅速在新暴露的冰面上生长。这一发现不仅揭示了冰藻在冰盖生态系统中的关键作用，也为预测冰盖融化动态提供了重要的科学依据。

此外，研究人员还强调了冰藻对冰盖反照率的显著影响。冰藻的生长通过降低冰面反照率，加速了冰盖的融化，从而形成了一个正反馈机制，进一步加剧了气候变化的影响。这一发现对于理解冰盖融化动态以及预测未来气候变化具有重要意义。

总之，这项研究不仅为我们提供了冰藻在冰盖生态系统中生存和生长的详细机制，还强调了冰藻在冰盖融化过程中不可忽视的作用。未来，随着全球气候变暖的加剧，冰盖表面的藻类生长可能会进一步加剧冰盖的融化，从而对全球海平面上升产生深远影响。因此，深入研究冰藻的生态功能和适应策略，对于应对气候变化和保护地球环境具有重要的科学价值和现实意义。