海洋中的微生物生命形式对于降低大气中的二氧化碳水平至关重要。最近的一项研究揭示了一种潜在的生物因素，它有能力改变我们对这一过程的理解，并提高气候变化预测的准确性。
由斯坦福大学主导的研究引入了一种未被发现的因素，可能重塑我们对海洋在应对气候变化中的角色的认知。这项研究于10月11日发表在《Science》期刊上，揭示了由微小海洋生物创造的新粘液“降落伞”，这些降落伞显著减缓了它们的下沉速度，从而影响了大气中CO2的消除这一重要过程。这一意外发现表明，早期对海洋碳汇能力的评估可能被夸大，同时也提供了改进气候模型和指导政策制定者减缓气候变化的途径。
“我们没有关注正确的方面，”研究的高级作者、斯坦福大学生物工程和海洋研究的副教授马努·普拉卡什表示。“我们的发现突显了基础科学观察的重要性，以及在其自然栖息地中调查自然过程的必要性，这对应对气候变化是不可或缺的。”
生物泵
海洋雪是由腐烂的浮游植物、细菌、粪便颗粒和其他有机材料组成的，捕获了大约三分之一由人类活动排放的二氧化碳，并将其运输到海底，在那里保持数千年。尽管科学家们对这一过程——称为生物泵——有一定了解，但具体机制仍然不清楚，特别是这些脆弱颗粒是如何下沉（鉴于海洋的平均深度为4公里或2.5英里）。
研究人员通过一项创新设备揭开了这一谜团——在普拉卡什实验室制作的旋转显微镜重新定义了这一方法。这种设备跟踪生物体的运动，模拟垂直跨越广阔距离的旅行，同时调节温度、光线和压力等因素，以重现特定的海洋条件。
在过去的五年中，普拉卡什和他的实验室团队利用他们专门设计的显微镜开展全球研究考察——从北极到南极。在最近的一次缅因湾之行中，他们使用水下诱捕器收集海洋雪样本，然后迅速用旋转显微镜分析这些颗粒的下沉行为。由于海洋雪作为一个活的生态系统，在海上完成这些评估至关重要。这台旋转显微镜首次提供了前所未有的机会，让团队以惊人的细节观察海洋雪在其自然栖息地中的表现。
研究结果令科学家们感到震惊。他们发现海洋雪偶尔形成类似降落伞的粘液结构，这几乎使得生物体在海洋上层100米的悬浮时间加倍。这种延长的停留增加了其他微生物分解海洋雪中有机碳的机会，将其转化回可供其他浮游生物使用的可获取有机碳，从而延缓了大气中二氧化碳的吸收。
微小细节中的美丽与复杂性
团队认为他们的工作是基于观察的研究的典范，这对理解微小生物和物理过程在自然系统中是如何运作的至关重要。
“理论模型可能描述了某一水流与小颗粒相互作用的方式，但我们在船上看到的却截然不同，”首席作者、普拉卡什实验室的博士后研究员拉胡尔·查贾瓦表示。“我们刚刚开始理解这些复杂的动态。”
这项研究强调了一个重要观点：在过去两个世纪里，科学家们一直在二维平面上研究生物体，包括浮游生物，将它们限制在实验室的玻璃载片下。然而，通过显微镜在开放水域获取高分辨率图像面临着巨大的挑战。查贾瓦和普拉卡什强调，在尽可能接近自然环境的条件下进行科学观察的必要性。
他们主张，支持在实际环境中优先进行观察的研究应该成为公共和私人部门资助机构的首要关注点。
“如果不模拟生物体进化的环境，我们就无法从根本上询问生命形式的行为，”普拉卡什强调。“通过将生物学从其环境中剥离，我们降低了提出基本问题的能力。”
除了准确量化海洋碳汇的必要性外，这项研究还揭示了日常现象中固有的美丽。就像糖在咖啡中溶解一样，海洋雪沉入海洋深处的过程受到一系列复杂因素的调控，这些因素往往被忽视。
“我们常常理所当然地认为某些现象，但即使是最简单的概念也可能具有重要的影响，”普拉卡什指出。“认识到这些更细微的细节——例如海洋雪的粘液尾部——为理解我们宇宙的基础原则打开了新的途径。”
研究人员现在专注于改进他们的模型，将这些数据集整合到广泛的地球规模模型中，并提供他们迄今为止六次全球考察的综合数据集。预计这个数据集将是海洋雪沉积的最大直接测量集合。他们还计划调查影响粘液产生的因素，包括环境压力和特定细菌物种。
虽然这一发现显著改变了当前对海洋碳汇的看法，但普拉卡什和他的团队依然充满乐观。在最近一次加利福尼亚北部海岸的考察中，他们识别出了可能加速碳汇的机制。
“通过我们的工具观察浮游生物王国的每一次，我都获得了新的见解，”普拉卡什说。
