一个国际科学家团队在《科学进展》上发表的一项研究提供了明确的证据，表明海洋浮游植物对未来气候变化的适应能力比以前认为的要强得多。

科学家们将长期夏威夷海洋时间序列计划的数据与韩国最快的超级计算机之一进行的新的气候模型模拟相结合，揭示了一种被称为营养吸收可塑性的机制，使海藻能够适应和应对未来几十年因全球海洋上层变暖而发生的营养不良的海洋条件。

浮游植物是漂浮在海洋表面的微小藻类(图1)，它们构成了海洋食物网的基础。在光合作用时，这些藻类吸收营养物质(如磷酸盐、硝酸盐)，吸收溶解的二氧化碳并释放氧气，这些氧气占我们呼吸氧气的50%左右。因此，了解海藻将如何应对全球变暖以及与之相关的上层海水营养物质的下降，对于了解我们星球的长期宜居性至关重要。

未来80年全球浮游植物的年产量将如何变化仍是高度不确定的。政府间气候变化专门委员会(IPCC)的最新报告指出，不确定性为-20%至+20%，这意味着未来浮游植物是增加还是减少的不确定性。

全球变暖对海洋上层的影响大于对海洋深层的影响。温暖的海水更轻，因此上层海洋在未来将变得更加分层，这就减少了营养物质从地下进入浮游植物栖息的阳光照射层的混合。早期的研究表明，预计未来海面附近营养物质的枯竭将导致海洋浮游植物产量大幅减少，对海洋生态系统和气候产生广泛的、潜在的灾难性影响。

但根据一项新的研究科学的进步但这可能不会发生。夏威夷海洋时间序列项目对上层海洋浮游植物数据的新分析表明，即使在营养非常匮乏的条件下，生产力也可以持续。“在这种条件下，单个的浮游植物细胞可以用硫代替磷。在群落水平上，人们可能会看到进一步向需要较少磷的类群转移，”该研究的合著者、夏威夷大学海洋学教授、夏威夷海洋时序研究项目的联合创始人大卫·卡尔说，以说明浮游植物可塑性的概念。进一步支持可塑性的证据来自于这样一个事实:在亚热带地区，地表水的营养浓度较低，与全球平均水平相比，藻类在细胞中储存的每量碳中吸收的磷较少。

为了研究这种独特的代谢“黑客”将如何影响未来几十年的全球海洋生产力，研究小组在他们的超级计算机Aleph上使用社区地球系统模型(版本2,CESM2)进行了一系列气候模型模拟。通过在他们的模型中关闭浮游植物的可塑性，作者能够定性地再现先前的模型结果，即全球生产力下降了约8%。然而，当在他们的模型中打开可塑性参数时，以一种捕捉夏威夷附近过去30年的观测结果的方式，计算机模拟显示，到本世纪末，全球生产力将增加高达5%。该研究的第一作者、韩国釜山国立大学IBS气候物理中心的研究员Eun Young Kwon博士说:“然而，从区域来看，这些未来的生产力差异可能会大得多，在亚热带地区可达200%。”有了这种额外的生产力提升，海洋也可以从大气中吸收更多的二氧化碳，并最终将其封存在海洋表面以下。

受到灵敏度计算机模型模拟结果的启发，作者随后研究了其他10个气候模型，这些模型的数据被最近6次气候变化报告使用^th警监会评估报告。结果证实了作者最初的结论。“缺乏可塑性的模型倾向于预测21世纪初级产量的整体下降^圣该研究的共同通讯作者、IBS气候物理中心的博士后M.G. Sreeush博士说:“世纪，而那些解释浮游植物适应低营养条件的能力的人显示出平均不断增长的全球生产力。”

“尽管我们的研究证明了生物缓冲全球尺度生态变化的重要性，但这并不意味着浮游植物对人类引起的气候变化免疫。例如，海洋酸化恶化将降低某些类型浮游植物的钙化率，这可能导致生态系统的大规模变化。Kwon Eun Young博士警告说。这些因素在气候模型中既没有得到很好的理解，也没有得到很好的反映。

“未来的地球系统模型需要使用改进的基于观测的浮游植物如何应对多种压力源，包括变暖和海洋酸化。这对于预测我们星球上海洋生物的未来是必要的，”该研究的合著者、IBS气候物理中心主任阿克塞尔·蒂默曼教授说。

杂志

科学的进步

DOI

10.1126 / sciadv.add2475  

文章标题

浮游植物养分吸收可塑性维持未来海洋净初级生产

文章发表日期

21 - 12月- 2022