研究人员Juan Carlos Trejos-Espeleta和James Bradley博士，在研究地点:斯瓦尔巴群岛中冰川的前沿

融化的北极冰川正在迅速消退，微生物在新暴露的景观中定居。伦敦玛丽女王大学生物与行为科学学院北极生物地球化学荣誉读者詹姆斯·布拉德利博士和他的团队发现，在冰川融化后，酵母在北极土壤形成中起着重要作用。

大约10%的地球陆地表面被冰川覆盖。然而，由于全球变暖，冰川退缩得越来越远，越来越快。在此过程中，它们暴露了数千年来被冰雪覆盖的新景观。

冰川消融后，微小的生命形式在现在可以到达的基岩上定居，积累养分，形成新的土壤和生态系统。由于土壤在适当的环境下可以成为重要的碳储存，冰川融化后新土壤究竟如何形成是一个具有重大科学和社会意义的问题。

为了研究北极土壤的形成，布拉德利博士带领的一个小组前往斯瓦尔巴群岛——一个群岛，大约位于北极和挪威北部海岸之间，远高于北极圈。这里的气候变暖速度是世界其他地区的七倍，冰川也在迅速减少。

裸露在外的贫瘠土地几乎无法支持任何形式的生命:岩石地形缺乏营养，气温连续数月降至远低于冰点，而且由于其高纬度，在冬季极夜完全没有阳光。在不适宜居住的地形上的第一批拓荒者是微生物，如细菌和真菌。

这些微生物决定了土壤中可以储存多少碳和氮，但人们对微生物活动稳定养分背后的确切过程知之甚少。布拉德利和他的团队研究了这些土壤，以更好地了解冰川消失时微生物如何促进土壤形成过程。

来自德国、美国和瑞士的其他研究人员参与了这项研究，研究结果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

殖民的时间轴

这项研究的重点是位于斯匹次卑尔根岛西北部的一个正在退缩的山谷冰川Midtre lovsamubreen的前部。詹姆斯·布拉德利(James Bradley)博士于2013年首次在这里工作，他说:“十年前，我在冰面上行走，在冰川上钻冰芯。当我们在2021年返回时，冰川已经缩小，取而代之的是贫瘠的、似乎没有生命的土壤。”

但在对这些土壤进行实验室分析后，研究人员发现，它们含有令人难以置信的多种微生物群落，这些微生物是地球上最小、最简单的生命形式。

新暴露区域是研究土壤增量变化的理想场所，是观察土壤发育各个阶段的天然实验室。靠近冰川边缘的土壤是最年轻的，而远离退缩的冰川的土壤则逐渐变老——在那里，生命得以在地形上繁衍的时间更长。

布拉德利博士说:“这些是地球上最原始、最脆弱的生态系统，尽管它们受到极端温度、光线、水和营养物质的影响，但它们正迅速被专门的微生物占领。”

为了适应午夜的阳光和经常变化的天气，科学家们花了数周的时间在冰川前场的岩石和不平坦的地形上工作，周围是裂缝冰，是小须鲸和海豹的峡湾，是北极狐、驯鹿和北极熊共同居住的苔原。研究人员接受过识别北极熊行为和安全处理枪支的培训，以防在偏远的北极环境中工作时遇到熊。

先锋真菌将碳隔绝在土壤中

布拉德利的团队通过DNA分析调查了土壤的微生物组成，同时也测量了碳和氮的循环和流动。通过同位素标记氨基酸的实验，他们能够精确地跟踪微生物对有机碳的同化和代谢。

该研究的主要作者、来自德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的胡安·卡洛斯·特雷乔斯-埃斯佩莱塔说:“我们对微生物以生物量的形式锁在土壤中的碳的比例以及它们以二氧化碳的形式释放回大气的比例特别感兴趣。”

他们的主要研究重点是真菌——一种众所周知比细菌更善于在土壤中储存大量碳并使其保持在土壤中的微生物。真菌与细菌的比例是碳储量的重要指标:真菌越多意味着土壤中的碳越多，而细菌越多通常会导致土壤排放更多的二氧化碳。

“在高北极生态系统中，与植物相比，真菌的种类特别多，这增加了真菌群落作为生态系统工程师在那里发挥关键作用的可能性，”来自德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的作者威廉·奥尔西教授说。

更多地了解真菌和细菌种群的碳同化过程以及生态系统中的碳流过程，对于准确预测北极陆地生态系统将如何应对未来的变暖至关重要。

事实上，研究人员能够证明真菌——或者更准确地说，特定的担子菌酵母——在吸收碳的早期稳定中起着决定性的作用。研究表明，它们是冰期后年轻土壤中的真菌先锋，对有机碳的富集起着决定性的作用。

布拉德利博士说:“我们发现，这些特殊的真菌不仅能够先于任何其他更复杂的生命在恶劣的北极地区定居，而且它们还通过建立其他生命可以使用的有机碳基础，为土壤的发展提供了一个立足点。”

在较老的土壤中，细菌越来越多地主导氨基酸同化，导致生物量的形成显著减少，呼吸作用产生的二氧化碳排放量增加。

Orsi教授总结道:“我们的研究结果表明，随着冰川进一步缩小，地球表面被土壤覆盖的面积越来越大，真菌将在北极土壤未来的碳储存中发挥关键作用。”