深度冷冻的北极微生物正在醒来

2019年8月，冰岛为Okjökull冰川举行了葬礼，这是冰岛第一座因气候变化而失去的冰川。社区通过纪念牌来纪念这一事件，以表彰这一不可逆转的变化及其所代表的严重影响。在过去的五年中，全球冰川融化率几乎翻了一番，平均损失832毫米水当量。 （毫米水当量）在2015年增加到1,243毫米水柱。 2020年（WGMS）。这种高损失率减少了淡水的冰川储存，并改变了周围生态系统的结构。

在过去的十年中，北极地区的变暖已经超过了预测的速度，以至于科学家现在暗示，两极的变暖速度是地球其他地区的四倍。这导致冰川融化和永久冻土融化，直到2050年或更晚才出现。在西伯利亚和加拿大北部，这种突然融化产生了被称为热喀斯特的下沉地貌，最古老和最深的永冻土在数百甚至数千年来首次暴露在温暖的空气中。

随着全球气候持续变暖，关于冰川环境的问题仍然很多。其中：随着水的渗透增加，永久冻土融化会更快吗？而且，如果是这样，哪些长期冷冻的生物可能会“醒来”？

永久冻土覆盖了地球陆地表面的24％，土壤成分随当地地质情况而变化。北极土地提供了未开发的微生物生物多样性和微生物反馈，包括向大气释放碳。在某些地方，埋藏了数亿年的碳。这些层可能仍包含古老的冷冻微生物，更新世的大型动物，甚至是埋藏的天花受害者。随着多年冻土融化的速度越来越快，科学家面临的新挑战是发现并识别可能引起轰动的微生物，细菌和病毒。

其中一些微生物是科学家已知的。产甲烷的古生菌例如代谢土壤碳以释放甲烷（一种有力的温室气体）。其他多年冻土微生物（甲烷营养生物）消耗甲烷。这些微生物之间的平衡在决定未来的气候变暖中起着至关重要的作用。

其他的是已知的，但发布后具有不可预测的行为。基因在解冻的生态系统之间移动的新证据表明在多个层面上都存在重组。在北冰洋，浮游性绿屈挠菌最近获得了用于从陆基放线菌属物种中降解碳的基因。由于北极地区融化的溶胀河将多年冻土融化后的沉积物带到了大海，因此处理多年冻土碳的基因也被运输了。

西伯利亚的永久冻土融化导致2018年的炭疽病暴发并导致20万只驯鹿和一名儿童死亡。但是炭疽杆菌的强壮孢子可能代表了残酷的冻融循环的一个例外，该循环会降解更细腻的细菌和病毒病原体。它们的适应性特征使它们在数个世纪的不活跃状态下仍保持冷冻和存活。

在现已灭绝的生态系统中（从新生代到更新世）共同进化的生物也可能以全新的方式出现并与我们的现代环境互动。潜在的例子是，导致皮肤损伤的正痘病毒物种阿拉斯加痘在过去五年中两次在阿拉斯加出现和消失。该病毒有可能是通过动物与人的接触而传播的，但是这种新型病毒的起源仍然未知。

北极的微生物群包含有韧性和顽强的冷适应微生物。一些物种作为嗜冷菌生存，这是一种高度适应长时间暴露于亚冰冻条件的专业物种。这些物种可能随着变暖而流失。其他人则通过高度适应性生存，居住在许多不同的生态位中。对这些通才分子的生态学和基因组多样性的更多了解为了解新北极地区的微生物组提供了一个窗口。随着我们失去冰冻圈，这些适应各种条件的通才微生物可能是赢家。

然后还有一些科学家完全不熟悉的微生物，这可能代表着一种新的威胁。

显然，随着地表温度变得更加极端和解冻加深，我们使北极变得更暖和，将会变得更奇怪。随着微生物的融合从人类历史上前所未有的深层和表面条件中唤醒，在没有改进的北极微生物数据集的情况下准确评估风险具有挑战性。我们应该同时注意未知的未知物（例如抗药性细菌）和未知的未知物，包括合成生物学家从北极冰中复活古老且描述欠佳的病毒基因组可能带来的潜在风险。

由于所有这些原因，我们必须为未来的北极研究提出指南。随着该地区旅行的增加，病原体进出口的可能性也随之增加。太空机构遵循的防止行星际污染的行星保护准则可以为微生物调查如何安全继续提供框架。必须采取生物监视措施以保护北极地区及其他地区的社区。随着北极地区的不断转型，有一件事情很明显：随着气候变化在21世纪使这个微生物资源库升温，其后果的全貌尚待揭晓。

加利福尼亚理工学院喷气推进实验室根据与NASA（80NM0018D0004），英国NERC（NE / S1001034 / 1）和挪威生物技术研究委员会的合同提供的资金。 ©2020。加利福尼亚理工学院。政府赞助得到承认。

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