關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們的獲獎新聞報道，以支援我們。 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
在費城德雷塞爾大學自然科學院的恐龍骨架和駐足觀望的學生團體的後方房間裡，一系列檔案櫃和抽屜裡存放著大量你看不到的東西。這是世界第二大的矽藻標本館（僅次於倫敦自然歷史博物館）。雖然一個或一百個檔案櫃聽起來並不那麼性感，但這個收藏可能有助於找出一些極具爭議的水質問題。
矽藻，一種以由二氧化矽（本質上是玻璃外殼）製成的堅硬細胞壁為特徵的單細胞藻類，幾乎存在於地球上的每一個水體中。學院標本館館長瑪麗娜·波塔波娃說，這些令人驚訝的美麗的小生物數量如此之多，以至於它們的光合作用產生了地球上所有氧氣的驚人比例。“你每呼吸五次，其中一次就要歸功於它們，”她說。矽藻對它們水中的家園中的物質非常挑剔——從鹽度和pH值到特定的營養物質和化學物質水平——這使得它們成為測量水質的有用工具。在賓夕法尼亞州，由於天然氣水力壓裂開採的繁榮，這成了一個熱門問題。
有許多關於洩漏、魚類死亡以及影響該州河流、溪流和地下蓄水層的其他問題的報道，但標準的天然氣開採方法是否會導致有意義的水源擾動仍然是一個懸而未決的問題。被稱為水力壓裂液的專有化學物質和水的混合物可能會洩漏到供水系統中，甲烷本身也可能如此，儘管業界表示沒什麼可擔心的。美國環境保護署計劃在今年釋出其期待已久的水力壓裂報告，但關於方法和時間的問題一直困擾著這項工作。美國環保署沒有將矽藻作為其評估的一部分，儘管一些專家認為這種藻類可以在衡量水力壓裂對該地區的影響方面發揮作用。
特定水樣中出現的特定矽藻組合可以揭示很多資訊。例如，這個矽藻群已知在清潔、未受汙染的溪流中茁壯成長，而另一個矽藻群則傾向於生活在氮或磷含量高或各種潛在危險化學物質濃度較高的地方。透過計算各種物種的相對丰度，並將其與費城恐龍上方隱藏的標本館等參考資料進行比較，可以確定水質。
波塔波娃已開始在賓夕法尼亞州西部和北部進行一些工作，對這些矽藻“組合”進行編目，以尋找干擾的跡象。她說，在該州西部，她觀察到的水道已經顯示出嚴重損害的跡象，儘管這幾乎肯定是由於早期的採礦活動造成的。在賓夕法尼亞州中北部，波塔波娃觀察了一些更加原始的溪流和河流，以應對水力壓裂即將到來——信不信由你——州立公園和森林。
然而，與基於矽藻的觀察相關的挑戰之一是分類學上的挑戰，這似乎與標本館中無盡的樣本相吻合。（大約有25萬個裝有水和矽藻的微小樣品瓶，還有另外25萬個裝有特定物種的載玻片。）生物學家有時並不完全確定什麼構成矽藻物種。直到20世紀80年代初，專家們估計大約有10萬個物種。但是現在，在研究人員開始看到以前未被注意到的各種特徵的差異之後，波塔波娃說她甚至無法提供一個數量級。“它可能介於10萬到1000萬之間的任何數字！它肯定會增加不確定性，”她補充說。
而且，由於我們對這些物種的編目如此之少，因此在尋找矽藻的少數研究人員往往會不斷發現新的物種。波塔波娃本人已經描述了大約30個新物種。問題的另一部分是，自1800年代早期收集標本館的第一個樣本以來，“描述”方法已經發生了變化。一個正在進行的專案——主要是委託給學生——當然，是要檢查所有的檔案抽屜，並將每個樣本（其中一些在150年前的筆記本中被精心地繪製）輸入資料庫。有時很難確定一個“新”物種是否實際上是那些筆記本中已經存在的物種，或者以前被認為是一個物種的東西是否更準確地描述為兩個或三個甚至更多不同的矽藻。
儘管如此，即使沒有關於哪些矽藻物種生活在哪裡以及在什麼條件下生活的完美記錄，這些生物也可以至少提供一種備用或補充的水質評估方法，因為水力壓裂在賓夕法尼亞州迅速擴張。賈斯敏·薩羅斯是緬因州奧羅諾大學的一位矽藻研究員，她沒有專門研究與水力壓裂相關的問題，但她同意這種微小的藻類可能非常有用。“矽藻對它們環境的變化非常敏感，”她說。“因此，矽藻物種的變化通常在我們能夠檢測到一些化學變化之前發生。”例如，她說，在美國西部的山區湖泊中，我們看到空氣汙染導致矽藻物種發生改變，這種情況發生在我們能夠檢測到化學變化之前的幾年。如果我們僅依賴化學特徵而不包括更敏感的生物監測，“我們可能直到更大的影響發生時才能檢測到生態系統變化，”她指出，並補充說，包括矽藻和其他藻類在內的食物網底部的生物變異通常對食物鏈上的較高生物產生嚴重影響。
波塔波娃同意這一觀點，她說與水力壓裂相關的化學分析顯然很重要，但新增生物元素將更清楚地瞭解任何水質問題的真實性質。特別是，化學擾動的微小脈衝可能無法在標準測試中顯示，但生物方法可能會檢測到它們。美國環保署的一位發言人表示，他們尚未討論在官方水力壓裂水質研究中使用矽藻，但持續的工作將涉及文獻檢索，這可能會讓矽藻研究參與進來。
“我們很關心，我們是環保主義者，”波塔波娃說，她指著周圍的檔案櫃和使用它們的研究人員。“我確信（水力壓裂）正在產生影響。我們必須關心。”
