Deep Dive
Shownotes Transcript
微藻是微小的生物，它们将阳光的能量转化为燃料。北极生态系统依赖于它们。春天，藻类会绽放出鲜艳的绿色，吸引小型甲壳类动物、鱼类、鸟类等来到北极水域。但是，当太阳下山，黑暗持续数月之久时，冬天会发生什么呢？在极夜的深处，生物地球化学家克拉拉·霍佩发现了某些微藻仍然能够进行光合作用的证据。今天的节目：微小的微藻如何为生存而挣扎，并比科学家想象的更强大。想听更多关于大自然突破科学家先前认为可能的界限的故事吗？请发送电子邮件至[email protected]告诉我们！收听Short Wave的每一集，无需赞助商，并通过在plus.npr.org/shortwave注册Short Wave+来支持我们在NPR的工作。了解更多关于赞助商信息选择：podcastchoices.com/adchoicesNPR隐私政策</context> <raw_text>0 此消息来自NPR赞助商Atio，这是人工智能时代的CRM。连接您的电子邮件，Atio会立即构建一个强大的CRM，其中包含您曾经拥有过的每家公司、联系人以及互动。在attio.com/NPR开始您的免费试用。
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嘿，Shortwave听众们，我是Molly Kwong，今天我们将前往北方，去挪威，午夜太阳的国度。天空整天看起来像棉花糖，因为您有一个永不停歇的日出。它只是一整天都在日出或日落。由于地球倾斜自转，在夏季有一段时间北极总是面向太阳，形成极昼，或永久的阳光。
但作为交换，在冬季也有一段时间的永久黑暗。这被称为极夜。因此，极夜是从秋季最后一次日落到春季第一次日出之间的一段时间，在此期间，太阳在北极数月内都不会升起。这是克拉拉·霍佩。
她是德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所的生物地球化学家。但她的许多野外工作都基于这里，北极圈附近。她说，在极夜期间，一切都像是灰度图像。当真的很黑的时候，我认为这是一个黑白世界，你会看到一些事物的灰色阴影，你会看到星星和月亮。真的很安静。有风，有
仪器噪音。有船的声音和雪地摩托的声音，但像自然的声音一样，可能主要是风和雪的声音。这是一个非常巨大、黑暗的世界。因为你只能看到你用小头灯看到的东西，你看到的非常非常少，你会感到非常渺小。
在2020年的冬天，克拉拉开始了一次探险，进入极夜的中心，研究微藻，这些进行光合作用的微生物非常小而且脆弱。我们发现的最有趣和最美丽的生物群是硅藻。它们是一类微藻……
用玻璃，用二氧化硅建造这些小盒子，它们用作食草动物的保护。克拉拉认为这些微藻可能是理解光合作用极限的关键。这是植物和微藻用来将光转化为食物的过程。当绝对没有光线时，我们可以肯定没有食物。
光合作用。但我们不知道光合作用可能发生的最低光线限制实际上是多少。你知道，你这样描述，我立刻想到的是 limbo（一种舞蹈游戏）。就像你能低到什么程度？是的。这几乎就像你在研究光合作用的 limbo 一样。是的。但我们真的不知道它们能低到什么程度。
所以今天节目中，我们将前往极夜。微小的微藻如何凝视深渊，为生存而挣扎，并比科学家想象的更强大。您正在收听来自NPR的科学播客ShoreWave。
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克拉拉，感谢您的工作，我知道微藻存在于北极。它们存在于那里。长期以来，科学家们认为微藻在一年中的大部分时间基本上都是休眠的。你能告诉我关于它们存在的传统观点是什么吗？所以传统的观点非常明确，当没有光线时，这些微藻就不能进行活跃的生命活动。所以人们已经了解到
人们认为正在发生的事情是这些细胞正在冬眠。所以它们处于静止状态。其中一些会形成非常耐用的休眠孢子。然后它们可以越冬，例如在海冰中。因此，这些静止阶段可以在秋季冻结在海冰中。
然后被困在海冰中，然后在春天太阳回来时被释放出来。这是对高北地区微藻的一种非常传统的想法。这几乎就像冬眠一样吗？是的。人们认为它们爬进冰洞，然后就睡着了？是的，就是这样。然后春天到来时会发生什么？所以光线回来了，光线……
作为从这种静止状态、从它们的小洞穴中出现的信号。
然后它们可以继续进行光合作用和再次分裂。也有一些藻类，微藻，实际上是这样做的。只是并非所有藻类都是这样。对。而你开始寻找那些更活跃的微藻，以挑战这种将微藻视为冬季沉睡美女的传统观点。因此，在2015年，你开始了一次前往挪威斯瓦尔巴群岛的研究之旅。你在那里发现了什么？所以……
当我们在显微镜下观察它们时，我们看到它们是活跃的营养细胞。所以它们充满了叶绿素。所以叶绿素是用于光合作用的色素。它是细胞中一种巨大而昂贵的化合物。哇。
我们原本以为它们不会在这种无法使用叶绿素的时期将能量投入到这种色素中。哦，好吧。这说得通。所以。
所以看到它们如此准备好进行光合作用，让我觉得，你知道，它们处于这种生理活跃状态，而不是这种静止状态。对。所以，为什么它们是活跃的呢？所以让我们快进到2020年，你发现自己有机会对光合作用进行更多研究。
作为莫扎伊克探险队的一部分，进行光合作用的微藻。你去了更北的地方，更北的地方，乘坐极星号，这艘船卡在一片北极海冰中，就像漂浮着一样。你和你的团队是如何测量那里微藻的活动的？所以……
我们每周都会对水体中的微藻进行采样，所以在冰下的水中和冰本身中。所以我们采集了水样，然后我们对它们进行了取芯
我们从冰层中钻取岩心来研究哪些藻类在那里以及它们处于哪种生理状态。科学很有趣。是的。好的，所以你正在那里收集冰，收集海水。这一切发生在哪里？是的，水样采集……
最初主要发生在船旁边的洞里，这非常方便，因为这样样品可以直接在船上。但在三月初，冰层发生了很多变化，它破坏了我们的洞。所以我们无法再采样了。哦。
然后我们搬到了海洋城，那里整个冬天都存在。海洋城是冰层上的一个不同地点，你们都在那里收集样本。但这意味着我们要将数百升水拖过冰层，沿着舷梯进入实验室。所以这真的是，你知道，我们用小木块拖着那些桶装桶装的水
pulkas（雪橇），在我们身后穿过暴风雪到船上。所以要获得这些样本，需要付出大量的体力劳动。哇，科学有时并不有趣。好吧，至少你可以在寒冷中做这件事。你知道，如果在热带工作的人必须在炎热的人类环境中这样做，所以我更愿意在零下20度做这件事。绝对的。那么你发现了什么
在这些样本中？最大的发现是什么？对我来说，最大的发现是这些大型藻类的生物量和活性出现了超早期的增加。所以我们发现
在第一次日出后的几周内，我们发现微藻的生物量增加了，无论是在水体中还是在海冰中。所以微藻正在生长。是的，它们正在生长。这太酷了。而且你发现的证据表明，光合作用发生在比你以前在斯瓦尔巴群岛发现的更北、更黑暗的环境中，这真是意义重大。当然，这其中的关键部分是……
与科学家合作，测量北极海冰下实际的光线水平，光合作用发生的光线水平。你记录了一个非常低的光线水平，大约为每平方米每秒0.04微摩尔。那么，你捕捉到这一点，你捕捉到北极微藻在如此低的光线水平下进行光合作用，为什么这么重要呢？
因为这比人们通常假设的要低几个数量级，例如，这被放入那些大型的全球生态系统和海洋模型中。
如果这个光线水平真的低了好几个数量级，这意味着在那些我们认为不会有生产力的海洋区域，实际上有更多的生产力。所以，克拉拉，微藻是如何做到这一点的？它们是如何，你知道，在最微弱的光线照射到它们的那一刻就启动它们的光合作用引擎的？我的意思是，它们一定非常高效，对吧？
它们必须将所有进入的能量转化为生物量生产。我想在某种程度上，我们需要解开它们在极夜、真正的黑暗中生存的谜团。但似乎有一系列不同的机制使它们能够在极夜中生存。而这些机制……
不响应光线的增加，但它们可能会给它们一些背景能量，使它们能够在光线回来后立即开始生长。哦，你能举一个可能给它们这种背景能量的机制的例子吗？所以浮游植物，即使它们进行光合作用，它们也不是……
传统意义上的植物。我们称它们为混合营养生物。所以虽然它们进行光合作用，但它们也可以像动物一样进食。哦，所以有些物种可以做我们称之为吞噬作用的事情，这基本上是吃细菌或其他小型浮游植物细胞。
然后其他物种可以做，或者可能大多数物种可以做，我们称之为渗透营养作用的事情，这也就是从海水中吸收溶解的有机化合物。比如溶解的糖或氨基酸之类的东西。它们就像杂食动物。它们喜欢吃植物和肉类之类的东西。我认为它们会尽其所能来，你知道，补充它们的能量储备。
它们是最终的幸存者。好吧，这与人们对北极生命、极夜以及我们海洋中真正发生的事情的描述完全不同。这如何改变了你对极夜以及那里真正发生的事情的看法？我认为这主要塑造了一种不知道的感觉。我的意思是，如果你有这些范例，然后你意识到
它们实际上无法解释你的观察结果。然后你就处于这种，你知道，神奇的科学世界
在那里你会想，哇，我根本不明白。还有很多事情我想研究和发现。所以这真的是，你知道，解决这个谜团的开始是理解它是一个谜团。所以你开始考虑很多你以前从未想过的事情。而这才是最有趣的。是的。也许冬季的海洋比人们想象的要有趣得多
充满活力。是的。克拉拉，非常感谢你来到Shortwave谈论这个话题。感谢你的兴趣。如果你喜欢这一集，请确保你不会错过任何新的节目，方法是在你正在收听的任何播客平台上关注我们。如果你有一个你想让我们调查的科学问题，请发送电子邮件至[email protected]。
本集由Hannah Chin制作，由我们的节目主持人Rebecca Ramirez编辑。Tyler Jones核实了事实。Robert Rodriguez是我们的音频工程师。Beth Donovan是我们的高级总监，Colin Campbell是我们的播客战略高级副总裁。我是Emily Kwong。感谢收听来自NPR的科学播客Shortwave。
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