提到北极，人们首先想到那里终年冰封，人迹罕至，是一片寂静神秘的白色世界。

然而，在北极冻土中，却存在着一个热闹的微生物世界。近日，中国科学院南京土壤研究所的褚海燕研究员及其团队对北极土壤进行研究，发现了这些能“观”气候的微生物。

冻土中藏微生物

在人们所不熟知的北极冻土之中，褚海燕和他的团队正在研究着不寻常的微生物种群。

“目前，要发现微生物的存在主要有传统的培养微生物和对微生物DNA测序两种方法。由于微生物的最适宜生长条件及所需的营养物质较难确定，土壤中只有大约1%的微生物可以培养，绝大多数的微生物都是通过提取DNA进行测序探知。”褚海燕介绍道，“北极终年寒冷，气候极端，我们主要通过提取土壤中的DNA进行高通量测序，来判断北极土壤中细菌和真核微生物的类群。”

当然，北极的这种特殊环境也会影响微生物的生长。我们知道，温度是影响微生物生长的诸多重要环境因素之一。从总体来看，微生物的生长温度范围跨度很大，从零下几十摄氏度到一百摄氏度以上均发现有微生物存在。但是具体到某一微生物，只能在较小的温度范围之中生长。各种微生物都有其生长繁殖的最低、最高和最适宜温度。温度过高或过低都会影响微生物的生长，而这种影响也会因微生物特性的不同而有所差别。

“低温肯定会影响北极土壤里的微生物生长。”褚海燕说，“在低温的条件下，微生物的代谢及呼吸速率均会受到影响，相应的繁殖速率也会减慢。微生物分解速率减慢会导致北极储存丰富的碳资源。”

微生物可“观”气候

由于微生物生命周期短、繁殖速率快，易于对气候变化做出响应，因此，借助微生物研究气候变化已成为国际科学研究的热点。目前，主要关注微生物对模拟的增温、降雨、二氧化碳浓度上升、氮添加的响应。

而由于生存环境的缓冲和微生物本身的抗胁迫能力的差异，微生物对气候变化如何做出响应还没有定论，但是大多数研究认为，气候变化会影响微生物的群落结构。“我们在青藏高原高寒草甸模拟增温研究中发现，15个月的模拟增温会改变土壤细菌的群落结构。”褚海燕补充道，“此外，气候变暖也会导致土壤中微生物的分解活动加剧，使其释放更多的甲烷（温室气体的一种）和二氧化碳到大气中，从而进一步加剧气候变暖。”

目前，针对高寒生态系统对气候的响应的研究已经日趋成熟。高寒生态系统处于高纬度、高海拔、气候寒冷、冻土广泛分布的地区，上述地区是全球气候变化的敏感区。北极、青藏高原都属于典型的高寒生态系统，这些区域的气候变化速度高于全球平均水平。高寒生态系统对气候变化的响应与反馈，对全球的生态环境均会产生重大影响。

褚海燕认为，微生物对气候变化的响应可能有助于人们了解气候变化的趋势。某些微生物类群对气候变化更为敏感，可以作为气候变化的“指示器”，起到警示的作用。此外，微生物群落与气候因子之间有较强的相关关系，可以互相预测。“我们最近利用气候因子绘制了青藏高原土壤细菌的分布图，并预测了其未来的变化。”褚海燕说

当然，北极土壤中的微生物对气候变化响应的具体规律与内在机制是什么，微生物对气候变化的响应如何影响北极冰盖，则有待更深入的研究。