小小蕨類如何改變地球氣候

紅萍特寫照：小東西有時候也有強大的碳捕獲能力（圖片來源：MygaiaviaWikimediaCommons）

這或許有點令人震驚，僅僅550萬年前我們的星球上還不存在兩極。其實那時候的地球是濕熱的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。但為什么會發(fā)生這一切？而更進一步的問題是，促使這一切發(fā)生的因素是否對如今控制氣候變化的努力有所幫助？

這是一個很好問題，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JonathanBujak回憶說，“甚至直到2004年，北極對人們來說還是一個巨大的未知領(lǐng)域，但是隨著冰川逐漸融化，我們也有了新的機會來認識它。”

一項與“綜合海洋鉆探”計劃相關(guān)的，名為“北極核心探索”的研究計劃，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，“老實說，我們都非常震驚，在離岸數(shù)千公里的北極，為什么會出現(xiàn)淡水蕨類？它又是如何改變地球的氣候的？”

Bujak并非是唯一對這些紅萍感到疑惑的人，同一時期來自杜克大學(xué)的植物學(xué)家KathleenPryer也向政府申請資助來對這些蕨類植物進行基因組測序。

眾籌資金的基因組測序

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，之前也從未有過對蕨類植物進行基因測序。但是因為蕨類植物并不像農(nóng)業(yè)作物那樣具有商業(yè)價值，她的測序申請被駁回了。

這并沒有阻止她繼續(xù)探索，Pryer知道對紅萍進行基因測序的需求是廣泛的。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行固氮。長久以來各領(lǐng)域的科研人員都在擴展這種植物的應(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60噸的二氧化碳，相當(dāng)于波音747航行兩小時所排放的碳量。

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

Pryer的團隊在Experiment.com網(wǎng)站的協(xié)助下設(shè)立了一個眾籌項目，以期獲得15000美元來為紅萍基因測序。兩周之前，全球最大的基因測序?qū)嶒炇抑弧A大基因（BeijingGenomicsInstitute）決定來幫助Pryer實現(xiàn)夢想。這意味著最少只要一年時間，紅萍如何拯救地球氣候的故事就可能被揭曉。

Pryer說他們在籌集資金活動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)，同時準備了最好的樣本送到中國進行測序檢測，以使得大家更多獲益。本周這一籌集活動正式結(jié)束了。

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

遠古植物和一個神秘女人

紅萍的發(fā)現(xiàn)歷程也是一次探險。首位完成環(huán)球航行的女性JeanneBaret應(yīng)該是第一個發(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，因為船上的水手們對她的性別產(chǎn)生了越來越多的懷疑，她必須得時刻都表現(xiàn)的陽剛之氣十足。

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，但船員們并沒有因此有太大騷動和小題大做，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，當(dāng)時另一位著名法國科學(xué)家Jean-BaptisteLamarck見到了這些樣本，但他錯誤的將紅萍分類到開花植物的某個類別中。當(dāng)然，他沒有機會看到紅萍在大片水域中漂浮著的盛大場景。當(dāng)Baret于1780年代回到法國，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，她不僅沒有被宮廷制裁，還獲得法國海軍授予的“杰出女性”頭銜，并得到一份津貼。

1878年，德國自然學(xué)家HeinrichAtondeBary用紅萍首次描述了他對共生的定義——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，同時他也注意到紅萍這種蕨類似乎體內(nèi)似乎有一種細菌，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，長長的卷須在水下?lián)u曳。在它的葉片中具有一個奇特的微環(huán)境，一種叫做藍藻菌的微小細菌與紅萍已共同進化了差不多1億年。

隨著時間發(fā)展，藍藻細菌已經(jīng)失去了離開紅萍獨立生存的能力，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。這些細菌因其光合作用的能力成了紅萍的能量來源，同時它們也在紅萍葉上獲得了棲息地和食物。

里斯本大學(xué)的細胞生物學(xué)家和紅萍研究專家FranciscoCarrapico說，“這些細菌僅僅存在于紅萍的葉子中，紅萍的與細菌這種共生方式與其它物種相比都不一樣，藍藻細菌通過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出現(xiàn)在北極。為此，荷蘭烏得勒支大學(xué)成立了一個名為“達爾文紅萍”的研究團隊來研究這個問題，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。

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。”

研究人員有充分理由認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，將地球從一個差不多像金星一樣炎熱的湮沒之地中拯救出來。

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

如果紅萍曾如此大規(guī)模的生長，乃至它對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）