2月19日，华东师范大学生态与环境科学学院助理研究员吉星与荷兰阿姆斯特丹大学、荷兰皇家科学院、德国不莱梅大学合作，在全球顶级期刊《Science Advances》上以第一作者发表题为“Phenotypic plasticity of carbon fixation stimulates cyanobacterial blooms at elevated CO₂”(蓝藻的固碳表型可塑性将促进其在高CO₂环境下的爆发)的研究性论文。该论文从蓝藻的表型可塑性角度，创新性的将实验室数据与数学模型模拟成果相结合，预测了在气候变化所导致的水体CO₂浓度升高的情况下，有害水华蓝藻的爆发将有可能进一步的加剧。


　　每到夏天，湖泊和池塘的水质都会受到有毒蓝藻的威胁。蓝藻的大量爆发可引发水华现象，对水生态系统和饮用水安全造成隐患。蓝藻体内含有多种藻毒素，误入体内可对鸟类，哺乳类以及人类产生安全隐患。某些藻毒素可能会引起恶心，头晕，甚至损害对人体肝脏，对娱乐，饮用水和渔业产生及其负面的影响。
　　“水华蓝藻的爆发机理研究是国内外研究的热点之一，但大多数研究偏向于水体富营养化的方向，对气候变化的理论性研究还不够完善。”吉星认为。

一位老人在蓝藻爆发时进行垂钓
　　物种的表型可塑性在自然界是一个普遍存在的现象，但直至今日，其对气候环境变化的响应意义却依然没有得到很好的理解。表型可塑性的理论暗示物种的生物特性不是恒定的，相同的个体基因型很可能会根据环境条件的变化而演变出更多的个体表现型。例如，在藻类生态学里，单一藻种对温度和CO₂变化的响应很可能会根据该藻种先前生长的气候环境的不同而不同。因此，如果想要更准确的预测该物种对气候变化的响应，我们需要将其表型可塑性纳入考量的范围之内。

本论文的概念以及研究方法
　　（A）单一铜绿微囊藻在定制的生物反应器内，以低CO₂和高CO₂的条件进行培养。（B）当藻细胞到达生长稳态后，其碳利用动力学指标被分别跟踪测量，（C）测量数据被纳入了数学模型中考量。（D）该模型可用来预测藻类的种群密度，吸收动力学和无机碳利用的动态变化。（E）模型预测结果可通过生物反应器的实验结果对比进行验证。最终，经过实验室数据验证的数学模型可用来推测在湖泊的尺度范围内，水华蓝藻的表型可塑性如何响应大气CO₂的升高，从而对蓝藻的爆发尺度做出准确的预测。

本文第一作者、华东师范大学生态与环境科学学院助理研究员吉星
　　该论文创新性的运用膜进样质谱法，成功发现了在CO₂升高的情况下，水华类铜绿微囊藻的最大CO₂吸收率可增加至低CO₂环境下的5倍，这在任何对淡水藻类固碳表型可塑性的研究中，都是前所未有的发现。课题组刘权兴教授指出该研究通过数学模型和微宇宙实验数据预测未来蓝藻的大量爆发可能获益于大气CO₂的进一步升高。尽管目前许多科学家对微宇宙实验的有效性存在争议，然而理论模型与实验数据高度吻合使我们充分相信该研究结果的可靠性。

相关论文信息：https://advances.sciencemag.org/content/6/8/eaax2926



图｜吉星　文、来源｜生态与环境科学学院　编辑｜张晶晶