北极地区的冻土层是地球上最大的碳储存库之一 。 在基因组学研究的帮助下 ， 科学家正逐步揭示细菌和古菌在这些冻土层解冻时产生的影响 。
到今年5月时 ， 瑞典北部的气温将升高至零上几度 ， 届时科学家们将再次前往斯托达伦沼泽（Stordalen Mire）松软的泥炭地 。 他们会步行穿过下沉的木板路 ， 经过一个个放置在羊胡子草丛中的透明有机玻璃箱 。
在沼泽短暂的植物生长季节 ， 每隔三小时 ， 玻璃箱的盖子就会合上 ， 使其内部充满了从下方土壤中渗出的甲烷 。 这是一种强大的温室气体 。 15分钟后 ， 甲烷气体将通过迷宫般的管道进入附近的拖车 ， 供科学家进行分析 。
与此同时 ， 科学家们还有着更为复杂的工作 。 他们将金属芯打入粘稠的泥浆中 ， 取出样品带回实验室 。 在实验室里 ， 他们将通过基因测序来研究产生甲烷的微生物 。 在有关永久冻土微生物的各项研究中 ， 这个被称为“IsoGenie”的项目是规模最大、运行时间最长的实地研究之一 。 该项目联合创始人、美国亚利桑那大学的生态学家斯科特·塞尔斯卡说：“我们把地球化学和微生物生态学的测量结果放在一起 ， 这是两个完全不同的领域 ， 希望能以此发现新的东西 。 ”
几十年前 ， 斯托达伦沼泽被永久冻土覆盖 ， 但如今 ， 由于全球气温上升 ， 其大部分已经退化为沼泽和长满青草的湿地 ， 并形成了被称为“泥炭丘”（palsa）的冻胀隆起土丘 。 泥炭丘中的永久冻土仍有部分被干燥的泥炭隔绝 。 随着泥炭丘的持续融化 ， 科学家们急切地想要记录其内部微生物群落的变化 。
在人类历史的大部分时间里 ， 永久冻土层一直是地球上最大的陆地碳汇 ， 许多世纪以来一直将植物和动物物质冻结其中 。 目前永久冻土层储存了大约16000亿吨碳 ， 是大气中碳含量的两倍以上 。 然而 ， 由于气温上升 ， 永久冻土层正逐渐破裂和消失 ， 导致地貌发生巨大的变化 。
科学家们越来越担心永久冻土层的融化将为细菌和古菌的活动提供极大的有利条件 ， 进而产生大量的二氧化碳和甲烷 。 尽管长期以来 ， 研究者提出的气候模型一直都将北极永久冻土和北极湖泊的碳排放能力考虑在内 ， 但其中的微生物活动很大程度上仍不为人知 。 科学家认为 ， 这些活动会与生态系统的物理特性同步变化 ， 包括温度和湿度等 。
随着科学家的研究逐渐深入 ， 相关的发现开始浮出水面 。 例如 ， 过渡性永久冻土环境中主要微生物的种类会影响其排放的温室气体类型；北极湖泊对气候变化的反应可能比预期的更加敏感 ， 这也取决于生活其中的微生物类型；在某些地区 ， 土壤中铁和其他营养成分的可得性也会加速温室气体的产生 。
尽管气候变暖对地貌改变的具体影响机制尚不清楚 ， 很多重要问题也仍未得到解答（如土壤中病毒的作用） ， 但对于微生物数据的收集使人们对永久冻土层中发生的一切有了更全面的看法 ， 这使我们看到了永久冻土层的内部情况 ， 在永久冻土层系统中 ， （对微生物的研究）是一项紧迫的需求 ， 因为这些系统正在我们眼前融化 。
漫长的历史
目前有若干研究项目正在研究融化的永久冻土层中的微生物 。 其中一些 ， 例如“阿拉斯加泥炭地实验”（Alaska Peatland Experiment）项目 ， 所研究的微生物群落环境类似于斯托达伦的富碳土壤 。 另一个大型项目是“下一代生态系统实验——北极”（Next-Generation Ecosystem Experiment — Arctic） ， 正在对矿物丰富的阿拉斯加北坡区域进行研究 。 还有一个称为“永久冻土层隧道”（Permafrost Tunnel）的项目 ， 主要研究该“隧道”——在费尔班克斯附近冰冻山坡上凿出的长达110米的洞穴——中的微生物群落如何变化 。
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