科学家在北极冰层下发现神秘生命

藻类是多数海洋生态系统的基础，但它们的生长依赖氮元素，而北极海域的氮元素十分匮乏。如今，由哥本哈根大学领导的国际团队发现，北极海域可利用的氮元素可能比科学家此前认为的更多。这一变化可能会重塑该区域海洋生物的未来，并影响海洋吸收碳的能力。

冰下隐藏的氮源。这项研究首次证实，固氮作用——即某些细菌将海水中溶解的氮气（N₂）转化为铵根的过程——发生在北极海冰之下，甚至在其最偏远的中心区域也存在。铵根不仅有助于这些细菌大量繁殖，还能滋养藻类，进而哺育依赖藻类生存的生物。“此前，人们认为海冰下无法发生固氮作用，因为普遍认为进行固氮作用的生物生存条件太差。但我们错了。”该研究的第一作者、哥本哈根大学生物系前博士生莉萨·W·冯·弗里森（Lisa W. von Friesen）表示。

冰越少，生命越繁盛。与多数其他海洋中蓝藻主导固氮作用不同，北冰洋依赖的是一类完全不同的细菌——非蓝藻细菌。研究人员发现，冰缘地带（融化最剧烈的区域）的固氮速率最高。这些细菌虽能在冰下活动，但在融化边界处大量繁殖。随着气候变化加速海冰消退，这种不断扩大的融化区域可能会让更多氮元素进入生态系统。

“换句话说，无论是现在还是对未来的预测，北冰洋中可利用的氮元素量可能都被低估了。这可能意味着，随着气候变化持续减少海冰覆盖，藻类的生产潜力也被低估了。”冯·弗里森表示。“因为藻类是浮游甲壳类等小型动物的主要食物来源，而这些小型动物又会被小鱼捕食，所以藻类增多最终可能会影响整个食物链。”她补充道。

这能帮助地球吸收更多二氧化碳吗？这种新发现的氮源还可能影响北冰洋吸收二氧化碳的量。藻类越多，光合作用就越强，海洋捕获的二氧化碳量也就越多。

“对于气候和环境而言，这很可能是个好消息。如果藻类产量增加，北冰洋会吸收更多二氧化碳，因为更多的二氧化碳会被固定在藻类生物量中。但生物系统非常复杂，很难做出确切预测，因为其他机制可能会产生相反的作用。”哥本哈根大学生物系教授、该研究的资深作者拉塞·里曼（Lasse Riemann）解释道。

研究人员强调，现在预测北极未来的模型中应该纳入固氮作用。“我们尚不清楚净效应是否对气候有利。但很明显，当我们试图预测未来几十年海冰减少时北冰洋会发生什么，应该将固氮作用这样的重要过程纳入考量。”里曼补充道。

固氮作用的原理。在北极，非蓝藻细菌进行固氮作用。这些微生物会消耗溶解的有机物（通常由藻类释放），进而产生固定氮，促进藻类进一步生长。这种物质交换在冰下形成了一个微小但至关重要的营养循环。

藻类在生态系统中扮演双重角色：它们既是海洋食物链的起点，也是二氧化碳的天然吸收者。藻类生长时会从空气中吸收二氧化碳，这些二氧化碳随后会以生物量的形式沉入海底。

发现背后。这项研究发表在《通讯·地球与环境》（Communications Earth & Environment）期刊上，参与的科学家来自哥本哈根大学（丹麦）、林雪平大学（瑞典）、阿尔弗雷德·魏格纳研究所（德国）、艾克斯-马赛大学（法国）、英国国家海洋学中心（英国）、马克斯·普朗克化学研究所（德国）、斯德哥尔摩大学（瑞典）以及瑞典农业科学大学（瑞典）。他们的发现基于两次大型科考航行，分别乘坐破冰船“奥丁号”（IB Oden）和“极星号”（RV Polarstern）。研究人员在北冰洋中部的13个地点采集了样本和数据，包括格陵兰岛东北部和斯瓦尔巴群岛以北的区域。