停課不停研 華東師範大學
《Science Advances》FEBRUARY 2020 VOL 6, ISSUE 8 刊發（▲點擊看原文）
華東師範大學生態與環境科學學院助理研究員吉星與荷蘭阿姆斯特丹大學、荷蘭皇家科學院、德國不萊梅大學合作，上週在《Science Advances》上發佈研究成果。
該研究從藍藻的表型可塑性角度，創新性地將實驗室數據與數學模型模擬成果相結合，預測了氣候變化所導致水體CO2濃度升高的情況下，有害水華藍藻的爆發將有可能進一步加劇。
“水華藍藻的爆發機理研究是國內外研究的熱點之一，但大多數研究偏向於水體富營養化的方向，對氣候變化的理論性研究還不夠完善。”吉星認為。
華東師範大學生態與環境科學學院助理研究員吉星
每到夏天，湖泊和池塘的水質都會受到有毒藍藻的威脅。藍藻的大量爆發可引發水華現象，對水生態系統和飲用水安全造成隱患。藍藻體內含有多種藻毒素，誤入體內可對鳥類、哺乳類以及人類產生安全隱患。某些藻毒素可能會引起噁心、頭暈，甚至損害人體肝臟，對水上娛樂業、飲用水安全和漁業產生極其負面的影響。
一位老人在藍藻爆發時進行垂釣
物種的表型可塑性在自然界是一個普遍存在的現象，但直至今日，其對氣候環境變化的響應意義卻依然沒有得到很好的理解。表型可塑性的理論暗示物種的生物特性不是恆定的，相同的個體基因型很可能會根據環境條件的變化而演變出更多的個體表現型。
例如，在藻類生態學裡，單一藻種對溫度和CO2變化的響應很可能會根據該藻種先前生長的氣候環境的不同而不同。因此，如果想要更準確地預測該物種對氣候變化的響應，我們需要將其表型可塑性納入考量的範圍之內。
本論文的概念以及研究方法。圖A：單一銅綠微囊藻在定製的生物反應器內，以低CO2和高CO2的條件進行培養。圖B：當藻細胞到達生長穩態後，其碳利用動力學指標被分別跟蹤測量，圖C：測量數據被納入了數學模型中考量。圖D：該模型可用來預測藻類的種群密度，吸收動力學和無機碳利用的動態變化。圖E：模型預測結果可通過生物反應器的實驗結果對比進行驗證。最終，經過實驗室數據驗證的數學模型可用來推測在湖泊的尺度範圍內，水華藍藻的表型可塑性如何響應大氣CO2的升高，從而對藍藻的爆發尺度做出準確的預測。
該論文創新性地運用膜進樣質譜法，成功發現了在CO2升高的情況下，水華類銅綠微囊藻的最大CO2吸收率可增加至低CO2環境下的5倍，這在任何對淡水藻類固碳表型可塑性的研究中，都是前所未有的發現。
課題組劉權興教授指出，該研究通過數學模型和微宇宙實驗數據預測未來藍藻的大量爆發可能獲益於大氣CO2的進一步升高。儘管目前許多科學家對微宇宙實驗的有效性存在爭議，然而理論模型與實驗數據高度吻合使我們充分相信該研究結果的可靠性。
來源 | 生態與科學學院
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