冻结植物来预测北极的命运

全球变暖意味着北极冬季更加温暖，雨水和结冰更多。研究人员正在努力了解在厚厚的积雪覆盖下进化为越冬的植物将会发生什么。2014年1月，一群研究人员在斯瓦尔巴群岛的北极群岛进行了一次不寻常的，有些人可能会说自相矛盾的实验：他们的目标是在厚厚的冰层中封闭在苔原上生长的小植物。虽然这可能看起来很奇怪 - 大自然能够很好地将斯瓦尔巴德的植物用冰雪覆盖 - 研究人员试图将他们的实验用作一种生物水晶球。

全球变暖意味着在冬季斯瓦尔巴德等地会下雨更多，研究人员想知道这种气候变化会对一种叫做Cassiope tetragona或北极石楠的普通苔原植物产生什么影响。这不仅仅是一个学术问题，因为气候学家说斯瓦尔巴德已经看到过去三十年来欧洲任何地方气温升高最多。

挪威科技大学生物多样性动力中心的生物学家，该论文的作者之一Brage B. Hansen表示，“我们已经看到斯瓦尔巴德气候发生了巨大变化，并且由于全球变暖，我们预计会有更多变化” 。 。“我们知道，当我们有夏季变暖时，植物会长得更多，但是当我们有冬季变暖，这在斯瓦尔巴特这样的地方更为深刻时，我们真的不知道它会如何影响植物。”

因此，汉森和他在斯瓦尔巴德大学中心和阿伯丁大学的科学家们设计了一个实验，看看他们是否可以弄清楚Cassiope如何将其封装在一片冰中。

冰盒

该研究发表于2月份的“ 生态与进化”，是研究人员称之为试点项目的地方 - 他们在那里测试了一个想法，看看它是否值得追求。

物流被证明是他们在决定进行研究时面临的挑战的重要组成部分。

在朗伊尔城以外，全年人口约2000人，有一些分散的定居点，但基本上没有基础设施。如果研究人员想要在苔原上的自然环境中冻结他们的植物，他们将不得不将每一滴水通过雪地车运到他们选定的研究地点，在极夜的黑色和寒冷的寒冷中。

他们的实验设计包括使用50 x 50厘米的木制无底盒或框架，以隔离Cassiope的区域，以便它们可以在盒子内部形成厚厚的冰盖。斯瓦尔巴德大学中心副教授ØysteinVarpe说：“我们正在测试我们的想法和物流，并开始相对较小，有六个箱子，我们将植物包裹在冰中，六个控制地块用于后来与未经处理的植物进行比较。”

然后出现了将植物实际包裹在冰中的惊人难度的挑战。研究人员使用40升水来冷冻每个无底处理盒内的植物。他们很快就知道，如果他们将水倒入开口底盒的速度太快，它就会从底部流出。如果他们用完了水，他们就不得不开车回Longyearbyen再次淤塞，所以每次丢失都会增加实验设置的难度。他们终于想出了一个系统，他们在箱子的周边建造了泥泞的雪墙，以便将水保持在可以冻结的状态。“这是一个寒冷，潮湿和具有挑战性的工作，当它是-15 C并且你正在使用水时，”汉森说。“你必须努力工作才能使它发挥作用。”

更多伤害但更多增长

当夏天来临，研究人员回来看到结冰的影响时，他们发现被冰封的植物更容易受到伤害。仙后座实际上是一种小灌木，通过延长枝条或发出新芽来生长。“结冰处理损坏并实际上杀死了一些植物的枝条，冰封植物也开花少了，”瓦尔佩说。这些调查结果都没有让团队感到惊讶。

但让他们感到惊讶的是，与对照地块的植物相比，被冰包围的植物实际上在其剩余未受损害的枝条中生长更多。最初，这没有意义 - 如果一个植物受到冻害，它为什么会变得更多?

汉森说，他和他的同事认为这是因为植物正在补偿损害。他们说，如果它们的枝条较少(因为有些已被杀死)并且没有将能量投入到制作花朵中，那么可能已经开花并支持死枝的能量可能会被转移到植物的幸存部分。 。

“也许这反映了他们的生活史策略，”他说，并补充说，科学家们正在猜测并且还没有明确证据证明这一原因。“如果你的条件非常恶劣，你就会跳过繁殖，一些茎干就会死亡，但是你将更多的资源用于剩余茎的生长。”

尽管他们用于分析的样本图相对较少，但趋势非常强烈，具有统计学意义。Cassiope作为过去天气事件的衡量标准

研究人员决定研究Cassiope的一个原因是因为它的生长方式以及其他研究人员如何在气候研究中使用这种独特的增长模式。

研究人员长期以来一直使用树木作为一种时间机器，特别是在天气和气候方面。例如，在温带落叶林中，一棵树每年在树干周围增加生长。当你砍伐树木并观察树干横截面中同心环的独特图案时，可以看到这种生长环。

毫不奇怪，当生长条件良好时，这些生长环更厚，如果生长条件差，则生长环更薄。生活很长时间的树木，如鬃毛松树(可以存活数千年)，可以树状地看到树木年轮生长的生长条件。

事实证明，即使它只是一点点北极灌木，Cassiope也有一种特定的生长模式，研究人员可以使用它来测量年增长，就像树木年轮一样。每年，每一个幸存的枝条都会产生一个独特的新生长部分，其长度可以很容易地测量并与前几年的部分进行比较。

这些研究人员长期以来一直认为，如果Cassiope在一年内生长很多，他们可以认为生长条件一直很好，如果生长条件很差，那么生长条件就很糟糕。一些研究人员使用这个假设来重建北极地区的温度记录，直到1840年。

汉森说，现在可能不得不重新考虑这个假设。

“我们必须意识到，我们所拥有的一些调查结果(关于植物生长)可能会被其他气候相关性所混淆，”他说。“如果你有一个非常温暖的夏天，然后你看到增加的枝条生长，你可能很容易得出结论，温暖的夏天是增长增长的原因，而实际上可能是温暖的冬天和植物受损。”

三位硕士生将找到答案

2014年试点研究的令人惊讶的发现鼓励汉森及其同事在去年冬天开始进行更大，更复杂的研究。

这一次，研究人员现在有22个不同的盒子，有不同的实验装置，而不是6个盒子和6个对照。他们也正在研究植物，这些植物对于斯瓦尔巴特群岛的食草动物很重要，例如驯鹿，鹅和雷鸟，而不是Cassiope，它们根本不被食草动物吃掉。

今年夏天，三名硕士生将测量不同盒子中所有植物的生长和开花情况，看看会发生什么。这项研究还将持续数年，因为有时可能会延迟严冬的影响。

“我们知道会有延迟效应，”他说。“也许如果你一年生产大量的花卉，那么下一年你就不会生产大量的花卉，反之亦然。”