气候变化可能导致湖泊浮游植物变得具有掠食性从而向大气中排放更多的二氧化碳

浮游生物(存在于咸水和淡水中的微小生物)约占地球上光合作用的一半。但多年来科学家一直认为是植物浮游生物(浮游植物)的东西实际上可能是贪婪的捕食者。

在湖泊中，浮游生物以单细胞细菌为食，而单细胞细菌则负责循环利用营养物质，维持湖泊食物网的正常运转。

我是一名研究浮游植物和浮游动物的研究员。在我的实验室里，我们专注于影响浮游生物群落生物多样性和功能的因素，包括气候变化和湖泊污染物。

我们最近一直在探索浮游植物以细菌为食的情况，研究它们如何以及何时进行这种摄食，以及各种环境条件如何影响它们的活动。

能源转换器

浮游植物主要由称为原生动物(或原生生物)的微小单细胞生物组成。这指的是它们最初被认定为原始动物(后缀-zoa与zoo有相同的词根)，因为它们虽然体型小，但通常非常灵活。它们中的许多都能游泳，有时速度很快，使用称为鞭毛的长鞭状毛发。

浮游植物最初被认定为自由生活的非寄生原生动物，通过光合作用获取能量。它们使用称为叶绿体的专门细胞机制，利用水和二氧化碳将光能转化为葡萄糖，就像陆地植物一样。

浮游植物在此过程中释放氧气，这是地球拥有可呼吸大气的重要原因。

通过光合作用，湖泊和海洋中的浮游植物是应对气候变化的重要组成部分，因为这种所谓的“初级生产”减少了大气中的二氧化碳。

为了进行光合作用，浮游植物还需要氮和磷等营养物质。这些是农业和园艺中使用的肥料的主要成分，对浮游植物至关重要。湖泊，尤其是更原始的湖泊，可能缺乏这些营养物质。

生活在湖泊深处的浮游植物也可能​​缺乏光合作用。在这两种情况下，似乎有些浮游植物物种可以转而捕食其他生物作为食物来源。

掠食植物

除了像植物一样运作之外，许多浮游植物物种还具有捕食性——生态学家将这些类型的浮游植物称为混合浮游植物。

这源于“混合营养浮游植物”的较长名称，意味着它们以混合方式消耗资源：在这种情况下，利用光合作用(光自养)和消耗细菌(异养)。

混合浮游生物利用一种称为吞噬作用的过程来消耗细菌。它们修改细胞膜以完全吞噬猎物细菌，并将其封闭在细胞内。

然后，这个包裹在细胞内收缩，形成一个囊，就像一个小胃一样，增加酸度来消化细菌。猎物代表着一个装满营养物质的包裹，浮游植物可能无法从湖泊环境中获得这些营养物质。

最近的一项假设表明，混合浮游生物可能“养殖”细菌。细菌生长所依赖的最重要化合物之一是碳。但它们似乎更喜欢光合作用浮游植物以高度溶解的有机形式释放的碳。

因此，在进行光合作用时，混合营养浮游植物会释放碳，帮助附近的细菌更好地生长。但当光合作用受到限制时(受光或营养物质限制)，这些相同的混合营养浮游植物可能会收获附近培养的细菌以继续生长。

双重策略

水生生态学家怀疑，当光照或营养有限时，混合浮游生物策略最受青睐，但研究表明，混合浮游生物可能会在较高温度下捕食猎物。

事实证明，很难研究混合浮游生物在自然界的任何环境条件下使用哪种策略。现有的方法很难实施，而且由于没有明确的基因与细菌消耗有关，我们也无法通过基因组分析来精确定位这种活动。

我们实验室采用的一种方法就是确定哪些湖泊中混合浮游生物占主导地位。然而，我们最近的一项研究显示，结果与模型预期相反，营养物质含量高的湖泊中混合浮游生物更多。

因此，我们需要开始测量混合浮游生物在何种条件下实际使用了哪种策略。我们可以进行摄食实验，将使用荧光染料标记的细菌添加到分离的浮游植物群落中。这些细菌可以进入混合浮游生物细胞，并在专门的仪器上进行识别。

我们还可以使用与混合浮游生物细胞内的细菌DNA结合的荧光染料。通过这些方法，我们试图更好地了解混合浮游生物在什么条件下会选择哪种摄食策略。

加速气候变化

我们现在有理由相信，气候变化带来的温度升高将有利于混合浮游生物，而不是纯光合作用的浮游植物。总体而言，这种转变将打破平衡，浮游植物不再减少大气中的二氧化碳，而是可能向大气中排放更多的二氧化碳。

这是地球生物圈发生巨大变化所导致的又一个潜在反馈循环，这种变化将进一步加速气候变化。湖泊和海洋中这些微小微生物看似无关紧要的摄食行为可能会产生全球性影响。

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