編者注：本文是《冰蓋中的蟲子》的擴充套件版本，該文刊登於《大眾科學》2012年5月刊。
蒙大拿州波茲曼市——在南極洲和格陵蘭島的冰凍保險庫中，一個失落的遠古生物世界正等待著重生的機會。就像來自遙遠過去的時光膠囊一樣，極地冰蓋讓我們得以窺見微小的生物，它們可能被困在那裡比現代人類在地球上行走的時間還要長，等待著條件改變並再次釋放它們的那一天。
隨著冰川以驚人的速度融化，這些條件可能很快就會到來。大量的細菌和其他微生物——其中一些是自75萬年前上一個重大氣候變化時期，即中更新世以來，世界未曾見過的——將重新回到環境中。
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冰蓋曾經被認為過於嚴酷和不適宜生存，無法支援任何生物，但現在已知是微生物生命的巨大儲藏庫。總的來說，冰蓋內部和下方的微生物細胞生物量可能超過地球上所有人類的1000倍。
被冰凍禁錮對微生物來說是一種進化策略：透過將遺傳藍圖冷凍儲存，為未來的重新進入做準備，蒙大拿州立大學教授、南極微生物學研究先驅John Priscu說。
他說：“這是一種回收基因組的方式。你把東西放在冰面上，一百萬年後它又出來了。”
“基因的儲藏庫”
Priscu在最南端的大陸上度過了過去28個澳大利亞夏季，研究他稱之為“冰蓋中的蟲子”。南極洲擁有地球上最古老的冰；其部分冰川景觀可以追溯到大約一百萬年前，一些冰袋據信高達800萬年。“冰蓋中蘊藏著大量的歷史，”Priscu說。
其中大部分歷史似乎仍然存活。Priscu在42萬年前的冰芯中發現了活細菌，並讓它們在他的實驗室中生長。其他研究人員報告說，他們使更古老的細菌復活。
冰允許微生物享受某種程度的不朽，儲存古老的遺傳物質，並允許那些早已從地球上消失的生物在未來重返地球。“這就是冰的有趣之處——它可以作為這些基因的儲藏庫，”威斯康星大學麥迪遜分校的進化生物學家和博士後研究員Jonathan Klassen說。“那些已經滅絕的事物有可能重新回來。”
這會是冰上侏羅紀公園嗎？科學家們說不太可能。唯一能夠在這些寒冷、黑暗、壓碎的環境中生存且幾乎沒有東西可吃喝的生物是微觀生物，而且發現的大部分生物似乎與來自其他寒冷冰冷環境的微生物有關。
儘管如此，由於捕獲熱量的溫室氣體使極地地區升溫的速度比當今地球其他地區快得多，研究人員對冰蓋中的蟲子有很多疑問。研究人員正試圖確定這些生物如何在如此殘酷的棲息地中生存，其中一些生物似乎在一種類似於千年休眠的狀態中存在。這些發現可能為在其他極端氣候（如冰凍的行星和衛星）中發現生命指明方向。
甲烷排放
更直接的擔憂是地球上的情況。從融化的冰川中傾瀉出的細胞和碳可能會變成大量的分解有機物——堆肥——它們在腐爛時會產生二氧化碳和甲烷，這是一種氣候研究人員尚未考慮的潛在的溫室氣體排放的重要來源。
除了對大氣的影響外，湧入海洋的大量微生物肯定會挑戰海洋系統，並可能擾亂海洋的微妙化學平衡。[見側欄：“世界最大溼地”的喪失可能會打破海洋平衡]
科學家們還看到證據表明，微生物正在冰蓋內部進化，交換DNA並獲得新的性狀。雖然這些喜冷的生物似乎對溫血生物沒有構成什麼威脅，但它們可能會迫使現有微生物種群退出，從而產生未知的後果。[見側欄：氣候變暖使冰內進化加速]
路易斯安那州立大學微生物學家Brent Christner將冷凍的“細菌冰棒”描述為，經過數十萬年後，一旦有利條件出現，它們就可以從冰中冒出來，準備生長和分裂。生物科學系的副教授Christner使包裹在75萬年前的冰中的細菌復活了。
他說：“當我們觀察能夠獲得的最古老的冰時，我們仍然發現有細胞存活。”
Christner補充說，這是一件大事，因為研究人員不明白一個生物是如何“像漢·索羅被封在碳化體中一樣，在某種休眠狀態下存在75萬年的”。
自石器時代以來就存在
事實證明，被固定在冰中實際上是微生物儲存自身的好方法。在那些冰川內部，它們似乎處於最小的活躍狀態，維持著它們的DNA，並以某種方式修復隨著時間推移，因輻射、氧化和其他有害力量造成的損害。據Christner說，它們可能能夠像這樣“冷凍”幾乎無限期。
然而，自石器時代以來就存在確實會對身體造成損害。Christner發現，冰越古老，生物復活所需的時間就越長。
冰中的蟲子為科學家提供了一個令人興奮的機會，來檢查古老的基因組，並從以前的變暖和變冷時期中生活的生物體中瞭解地球過去的氣候。“你可能會把冰想象成一個回到過去的博物館，一個回到過去的視窗，”蒙大拿州立大學的微生物生態學副研究教授Christine Foreman說，她正在研究在南極冰中發現的、沉積時間長達6萬年前的微生物。
對於Priscu來說，至少在古氣候方面，根本問題是，在冰川時期和間冰期是否存在不同的細菌群落。“如果我們現在處於溫暖時期，那麼現在的細菌與一百萬年前的細菌是否不同？”
Priscu希望在明年冬天回答這個問題，屆時他和一支美國研究小組將鑽入南極洲西部冰蓋下方的冰流中，該冰流可能藏有2000多萬年前，當南極洲開始凍結時生活在該大陸的微生物的後代。
這項工作是正在進行的三項工作之一，目的是鑽探進入長期埋藏的南極水道，並將冰下隔離的生物體帶到現代的光線下：2月份，一個俄羅斯小組在遙遠的南極洲東部刺穿了超過兩英里的冰層，到達了沃斯托克湖，一個像伊利湖一樣大小的水體，它已經被封閉了2500萬年。英國科學家正在鑽探大陸西部地表下方一英里多的冰下湖。
史前瘟疫
如此深入地挖掘生命的概念提出了一個更陰暗的問題：是否有一些史前瘟疫潛伏在冰中，等待著一個機會回來恐嚇手無寸鐵的人群？也許是一種以挪威探險家羅爾德·阿蒙森命名的阿蒙森毒株，他領導了首次到達南極的探險隊，那是在100年前。
俄亥俄州博林格林州立大學生物科學系進化生物學家和教授Scott Rogers說：“在冰中生存可能會產生一些可能對這些病原體有利的適應性。” 例如，當宿主群體對病毒產生抗體時，病毒就會失去引起感染的能力。“因此，如果[病毒]可以在冰中存活，它們可能會在人群再次沒有免疫力，並且沒有暴露於特定基因型的時候回來，”他說。
Rogers在格陵蘭島的冰川冰中發現了一種存活的14萬年曆史的植物病毒。他推測，一些頑強的病毒（如導致脊髓灰質炎的病毒）有可能在冰中存活，並重新感染易感人群。然而，他和其他科學家認為，融化的冰川不太可能釋放出引發流行病的毒性病毒，就像最近的好萊塢恐怖片《傳染病》中描繪的那樣。人類和動物病原體已經進化到可以在溫暖舒適的地方生存，並且很難在冰中極其惡劣的條件下生存。病毒往往特別脆弱。
Rogers說：“機會不是零，但非常接近於零。”
更可能的是，融化的冰蓋將允許古代微生物基因與現代基因混合，從而使海洋充斥著前所未見的生物型別。Rogers認為這種情況已經在發生。“我們認為正在發生的事情是，東西一直在融化，而且你正在獲得這些新舊基因型的混合，”他說。
這些新釋放的——以及可能新重組的——微生物的最大影響很可能會在海洋中看到，Christner說。地球的冰川和冰下沉積物包含的微生物細胞和碳比地球表面所有湖泊和河流都多——他說，如果融化，大量的有機物質將最終進入海洋。
Christner說：“潛在的氣候影響更多地在於將營養物質引入海洋系統。”一種情景是：營養物質引發細菌的生長爆發，然後會消耗水中所有的氧氣，破壞魚類棲息地，並加劇已經因其他原因發生的海洋死區。
蒙大拿州立大學的Foreman說：“我們一直認為海洋是一個可以處理一切的彙集地。但是我們現在知道事實並非如此。將會出現轉折點，屆時某些事情將會發生……但是我們不知道那個點會在哪裡。”
巨大的堆肥堆
融化的冰川也可能湧出巨大的腐爛生物質堆肥堆。科學家們估計，如果冰蓋內部和下方的有機物中的所有碳轉化為二氧化碳，將等於全球道路上車輛十年產生的排放量。當然，並非所有的碳都會直接轉化為溫室氣體。但是任何釋放都將增加預期來自融化永久凍土的大量排放。“這是一個需要考慮的大量碳，”Priscu說。“碳迴圈現在非常重要，特別是在氣候變化方面，我們真的應該研究一下這個問題。”
因此，雖然這些解凍的蟲子可能不會很快在您當地電影院的科幻驚悚片中出現，但科學家們說，它們確實為極地地區的未來提出了另一個擔憂。當考慮到海平面上升、野生動物棲息地轉移、行星反照率降低以及氣候變化的其它表現時，這種新釋放的生物儲存庫的最大影響可能是它能夠打破地球不穩定的平衡。
Priscu將當今氣候的狀態比作一個被絆倒的電燈開關。
“如果你把那個燈開關按在翻轉前的那個位置，燈就會開始閃爍。我認為我們現在看到的就是這種情況，”他說。“我們正在推動它，它變得越來越不穩定，很快它就會超過一個閾值，達到一個新的狀態。它是否能夠回到之前的狀態，我們不知道…… 我們可能最終永遠都回不去了。”
在網路上
普里斯庫研究小組，蒙大拿州立大學.
克里斯納研究小組，路易斯安那州立大學 福爾曼研究小組，蒙大拿州立大學 斯科特·羅傑斯，鮑靈格林州立大學 喬納森·克拉森，威斯康星大學麥迪遜分校 南極冰下湖泊和河流研究 西南極冰蓋分界冰芯 美國國家航空航天局關於全球冰蓋的資訊
這篇文章最初發表於《每日氣候》，這是由非營利媒體公司環境健康科學出版的氣候變化新聞來源。