为了模拟气候变化,科学家建起一座微缩世界模型_智能_好奇心日报

Carl Zimmer2017-05-15 13:36:22

这类实验是我们从本质上理解气候变化的主要工具

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气候变化将会在下个世纪改变人类赖以生存的生态系统。但是我们所处的这个世界极其复杂多样,我们又怎样才能知道气候变化究竟会带来何种影响呢?

一个来自澳大利亚的科学家团队找到了答案:搭建模拟气候变化影响的微缩生态系统。很久以来,研究人员一直针对处于灭绝边缘的个别物种所面临的危险进行研究。澳大利亚科学家的实验表明,研究人员的担心不无道理。而且,我们本可以采取措施帮助这些物种免受危险的侵袭。

伊凡·纳霍克尔根(Ivan Nagelkerken)是来自阿德莱德大学(University of Adelaide)的生态学家,他负责领导团队研究气候变化的影响。他说:“如果只把一条鱼扔进鱼缸,然后观察它对气温变化的反应,那你就把复杂的现实世界想的太简单了。”

地球上的生态系统由成千上万种物种构成,因此针对整个生态系统开展研究有其固有的缺点和弊端。纳霍克尔根博士说:“现实世界太过错综复杂,你永远也不知道究竟是哪个因素最终导致你所观察结果的出现。”

面对上述两种极端的研究方法,纳霍克尔根博士和他的同事选择了一种相对稳妥的折中之道。他们找来 12 个池子,然后在每个池子里灌入 475 加仑(约合 2160 升——译者注)的海水。这样一来,他们就营造出了 12 个简易版本的海洋生态环境。

他们把沙子和石头放在水池底部,然后顺着沙石种下人工海草。如此布置,藻类植物便能生长起来。纳霍克尔根博士的团队将这些小型生态系统叫做“中型实验生态系”(mesocosms)。为了丰富生态系统的环境,他们还在其中放入了当地的甲壳纲生物和其他无脊椎动物。据悉,这些生物都以藻类植物为食。

为了增加捕食者,他们还加入了以无脊椎动物为食物的一种小鱼——南方长鳍虾虎鱼(Southern longfin goby)。

这种叫做“中型实验生态系”的小型生态系统底部有沙子和石头,还种植了人工海草。在这样的环境中,藻类植物可以慢慢生长起来。以藻类植物为食的甲壳纲动物和其他无脊椎动物也是这些生态系统的重要组成部分。图片版权:阿德莱德大学

为了测试气候变化的影响,纳霍克尔根博士和同事人为改变了池子中的水温:他们将其中三个水池的温度提高了 5℃。根据保守估计,澳大利亚南部沿海地区的水温在未来会因气候变化而提升 5℃ 左右。

科学家们还针对二氧化碳的影响展开研究。据悉,二氧化碳正是造成全球变化的罪魁祸首。

溶解进海水之后,二氧化碳提高了海水的酸性。这可能会对海洋动植物造成影响和伤害。不过,藻类植物也可以利用这些“多余”的二氧化碳进行更多光合作用。

为了衡量整体影响,纳霍克尔根博士和同事用气泵将二氧化碳打进三个池子的海水中,同时保证这三个池子的水温与目前地球上海洋的水温一致。

研究人员对另外三个水池做了双重改变:既提升水温,又加入二氧化碳。至于最后三个水池,研究人员没有对它们做出任何改变。它们将成为本次实验中的基准线,帮助衡量其他九个水池中出现的变化。

纳霍克尔根博士团队发现,二氧化碳的加入使得食物链中的三个层级生物都享受到益处。藻类植物生长速度更快,从而为无脊椎动物提供了更多食物。另一方面,无脊椎动物的快速生长也为虾虎鱼提供了丰富的饵料。

不过多余的二氧化碳一旦遭遇水温提升,生态系统享受到的所有收益就烟消云散。

虽然无脊椎动物有了更多藻类植物可以食用,但是提升后的水温阻碍了它们快速生长的步伐。也许这是因为在水温更高的环境中生长时,藻类植物能提供的营养物质变少了。当然,造成这一现象的原因也可能是无脊椎动物在更加温暖的水中面临的压力更大,从而无法快速成长壮大。

另外,捕食者给无脊椎动物施加的压力也更大。水温的提升加速了虾虎鱼的新陈代谢速度,从而使它们饿得更快。为此,它们需要吃掉更多无脊椎动物来补充能量。虾虎鱼和藻类植物都给无脊椎动物施加了不小的压力,因此它们的总体数量迅速跌落。

不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)的生态学家玛丽·奥康纳(Mary I. O’Connor)并没有参与此次澳大利亚科学家团队的实验。她称赞说,这项实验是一个有着野心和壮志的进步,对其他早期实验产生了重要影响。她表示:“澳大利亚科学家的实验给我们展示了一些我们此前没有观察到的东西。”

上个月,纳霍克尔根博士团队在《全球变化生物学》(Global Change Biology)这一杂志上发表了他们从这些“中型实验生态系”里得到的初步结论。在《Oikos》杂志二月份刊发的另一篇独立报告中,纳霍克尔根博士团队论述了海水酸化的影响。他们发现的证据显示,海水酸化会影响鱼类捕食能力

在关于海水酸化的研究中,科研人员在温暖且酸化的海水中养了一群属于同一种群的鲨鱼。他们发现鲨鱼开始更多以海胆为食。据悉,鲨鱼在水温升高时才会更多的将海胆作为食物。

不过,鲨鱼们在发现捕食者的能力方面有所衰退。也许这是因为海水的化学性质出现了变化,进而影响到了它们的神经系统。

纳霍克尔根博士表示,这些实验证明气候变化会对海洋生态系统造成负面的影响。很多人依靠海洋生物来摄入蛋白质。目前,鱼类占到摄入蛋白质总量 20% 以上的人口有 31 亿左右。

纳霍克尔根博士还说:“在食物网中的地位越高,受到的影响就越大。简言之,你会发现食物比例失调:你对食物的需求量提升,但是食物的数量却出现了下降。”而我们从海洋中捕捞的正是处于海洋生态系统食物网上层的各种生物。

鱼类到底有多容易受到气候变化的影响?这取决于它们各自生存的生态系统。纳霍克尔根博士说,他希望自己和同事正在开展的研究能给其他研究人员带来启发,促使他们利用自己所处区域的物种和生态环境复制出类似的实验。

不列颠哥伦比亚大学的生态学家奥康纳博士说:“这类实验是我们从本质上理解气候变化的主要工具。”

她表示:“纳霍克尔根博士的研究不仅仅是对未来的预测,更是很好的证据。在海水不断升温、酸性不断提升的今天,他们的实验结果能帮我们推测出食物网重组之后的模样。”


翻译 糖醋冰红茶

题图来自 阿德莱德大学

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