神奇了！这些热带丛林对温度上升顺应能力惊人 -

一项新研究发现，类似图中所示的亚马孙雨林这样的森林，虽然未来会面临更加炎热的环境，但并不一定意味着树木注定要灭绝。

摄影：MALTE JAEGER，LAIF/REDUX

撰文：GABRIEL POPKIN

世界上最热的热带雨林并不在亚马孙或其他你能想到的任何地方，而是位于生物圈2号内部。生物圈2号是一座实验性科学研究设施，位于亚利桑那州图森市郊外的沙漠之中。近期的一项研究对20世纪90年代早期种植在其中的热带树木进行了调查，结果发现一个令人惊讶的事实：那里的热带树木经受了本世纪热带森林可能遇到过的最高温度的考验。

越来越多的研究为林木科学家们带来了希望，新研究同样如此。植物可能拥有我们意想不到的资源，可以帮助它们在更炎热、碳含量更多的未来环境中生存，甚至是繁荣生长。尽管热带森林仍然面临着来自人类和自然的威胁，但一些研究人员认为，关于热带森林将会因为气候变化而衰退的可怕报告可能被夸大了。

“生物学非常神奇，”图森市亚利桑那大学的生态学者、生物圈2号新研究的共同领导者Scott Saleska说。“比我们的模型所展示的要神奇得多。”

在过去的几年里，研究者发表了大批有关森林和气候变化对热带森林影响的研究报告，其结论令人担忧。科学家已经宣布，亚马孙雨林不再是一个可靠的碳汇；亚马孙雨林可能正接近临界点；全球的热带森林已经接近它们所能承受的最高温度，而气候变化正不断导致古树死亡。

有一点是肯定的：随着化石燃料排放的温室气体不断增加，我们正在创造一种人类从未见过、树木很久都没经历过的气候。西雅图华盛顿大学的生态学者、气候科学家Abigail Swann说：“在人类活动的影响下，热带森林恐将经历自白垩纪以来（自恐龙出现以来）从未出现过的高温。”

不过，预测树木将如何应对这种暖化是一项艰难的任务。如果对整片森林进行更炎热的未来气候条件的模拟实验，不仅成本高昂，实际上也无法做到。大多数情况下，科学家们不得不通过小规模实验或实地观察进行推断，通常使用计算机模型预测未来几十年的情况。

一座独特的设施

生物圈2号提供了一个难得的机会，让科学家们得以对一片完整的森林进行气候测试。虽然生物圈2号因1991-1994年期间进驻其中的科研人员而最为人知，但这里还打造了人工生态系统。其中有一片占地约0.2公顷的热带雨林，位于一座玻璃金字塔形的建筑内，顶端高出沙漠地面近30米。20世纪90年代初种植在那里的树，如今树顶已经接近天花板。

建筑物内部的温度甚至超过了亚马孙雨林（世界上最热的热带雨林）本世纪预期将达到的温度。在这样闷热的环境下，之前研究者在露天环境中研究的植物几乎都停止了光合作用。

图为位于亚利桑那州奥拉克尔的生物圈2号。生物圈2号内部种植了一小片热带森林，其中的树木在38℃的温度下茁壮成长，比树木以前经历的温度高得多。

摄影：JESSICA LEHRMAN，THE NEW YORK TIMES/REDUX

在21世纪初，这些树木在不同环境条件下的生长数据被记录下来，并存储在服务器和硬盘上。密歇根州立大学的博士后研究生、生态学者Marielle Smith通过这些记录发现了一个难得的机会：研究未来气候条件下森林的适应情况。

她想分析两个相关变量的影响：温度和蒸汽压差（VPD——本质上是指在一定的地点和时间，空气能保持多少水分和实际保持水分之间的差值）。当VPD较高时，植物水分流失得更快。

通常情况下，VPD的上升几乎与温度同步，因为热空气可以保持更多的水分。不过，在生物圈2号内部，弥雾机使空气保持湿润，创造了高温和低VPD同时出现的罕见条件。二氧化碳浓度稳定在百万分之400多一点，只比当时外部空气中的二氧化碳浓度略高。

Smith和同事上个月在《自然·植物》（Nature Plants）上发表研究称，生物圈2号的树木以同样的速度生长，直到温度超过38℃才开始出现变化。另一方面，在巴西和墨西哥的天然森林中，研究人员观察到超过28℃后树木的生长速度开始减慢。

Smith和其他专家称，对于广为流行的为什么高温会阻止光合作用的假说，最新的研究结果是一个有力的反驳。该假说认为，高温直接破坏了植物将二氧化碳转化为糖类的生化机制。

实际上，高温似乎通过提高VPD和使空气更加干燥间接地对植物造成伤害。植物的叶子通过被称为气孔的口状叶细胞吸收二氧化碳，但这些细胞也会释放水分，每吸收一个二氧化碳分子就会释放多达300个水分子。当VPD随着温度上升而升高时，植物会关闭气孔来保留维持生命的水分，即使这意味着放弃食物。

在现实世界中，不仅仅只有温度在上升：二氧化碳浓度也在快速增加。这可能有助于保护植物免受高温的伤害，Smith说：未来，在高温和高浓度二氧化碳的环境下，气孔可能会吸收大量二氧化碳，之后再关闭以锁住水分。

“这是一个充满希望的结果，但并不总是像我们看到的那样，” 亚利桑那大学的生态学者、生物圈2号热带雨林研究的领导者Laura Meredith说，但她没有参与这项研究。“森林拥有有助于适应环境和保持效率的策略，这很令人鼓舞，给了我们希望。”

然而，Smith承认，仍然存在“很大的不确定性”：生物圈2号实验没有设置高浓度二氧化碳的条件，因此不能证明植物真的会利用它保持水分。“这种机制是否真的会发生，目前还没有定论，”她说。

更多的二氧化碳？不是问题

巴拿马的研究人员正在采取下一步措施，测试高浓度二氧化碳是否真的能保护植物不受高温的伤害。到目前为止，答案似乎是肯定的。

植物学者Klaus Winter在巴拿马运河附近的史密森热带研究所的研究站建造了六个网格穹顶。Winter的穹顶比生物圈2号要小得多，里面只种植了小树，但这让他能够控制二氧化碳浓度和温度。在研究（学术会议上展示过但尚未发表）中，他发现，在高于本世纪可能出现的温度下，浇灌充分的植物在充满二氧化碳的环境中生长良好。其中一个物种——巴尔沙树的生长速度甚至飞速增加。

在位于巴拿马甘博亚的史密森热带研究所，树木在温度和湿度可控的穹顶中生长。在这些穹顶中，即使在高于本世纪可能出现的温度之下，浇灌充分并暴露于高浓度二氧化碳的树木也能茁壮成长。

摄影：LUIS ACOSTA，AFP/GETTY IMAGES

虽然不是对Smith理论的直接测试，但上述实验还是证实了一些树木在获得大量二氧化碳和水分的情况下能够忍耐高温，Winter说。“它们不像我想象的那么容易受影响。”

Winter的同事Martijn Slot研究了一个类似的问题：植物是否能适应更温暖的环境。每一种植物都有偏好的温度范围，研究人员利用气敏装置标示出这个范围，在提高温度的同时测量叶片的光合作用水平。

Slot发现，苗木在25℃的生长条件下光合作用最佳。不过，当他把同样植物的生长温度提升到35℃时，发现光合作用达到最佳水平的温度为30℃。植物能够改变自身内部生理机能的能力充分说明了植物的“适应性”——越来越多地被视为植物抵御环境变化的屏障。

“如果将植物对环境条件的反应视为静态和僵化的，就会导致不准确甚至可能是错误的预测，” Slot说。在寻求预测未来气候的计算机模型中，“应该考虑植物的适应能力”。

最近，研究者发现的另一个树木具有隐藏的适应能力的迹象来自实地观察。巴西玛瑙斯亚马孙国家研究所的 Flavia Costa分析了巴西森林监测点20年来的数据，其中包括地下水充足的低洼森林，这使得它们像Winter研究的植物一样得到了足够的水分。Costa的团队发现，这些“浅层地下水”森林（估计占整个亚马孙雨林的三分之一以上）生长不受影响，并经受了2005年、2010年和2015年的严重干旱的考验，继续吸收并存储碳。

之前的研究曾警告称，气候变化导致的干旱、不断加速的生长和死亡率正导致树木死亡，并削弱亚马孙森林继续充当碳汇的能力。如果整个亚马孙流域的雨林都能像研究试点的森林一样具有很强的适应能力，“那么其吸碳能力的减少和死亡率的增加可能被高估了，”Costa说。

利兹大学的环境科学家Oliver Phillips领导着主要的亚马孙研究网络之一，他对低洼森林似乎比其他森林更能抵御干旱的观点表示认可。不过，他的研究包括这类森林，他不确定增加更多是否会对结论产生显著的影响。目前，他和Costa正在共同分析试点数据，以便更完整的复现亚马孙雨林的真实情况。

存在一个问题

所有上述研究都发出了提醒和警告。

Costa说，未来森林可能会面临迄今为止从未出现过的严重干旱，这甚至会对低洼的雨林带来生存压力。另一方面，模拟森林的研究试图复制真实热带森林的多样性。热带雨林既可能含有特别脆弱的树，也可能暗藏着尚未发现的适应机制，她补充说。据估计，仅亚马孙雨林就有1.6万种树，远远超过生物圈2号、Winter的穹顶或任何计算机模型所代表的树种。

此外，Winter的植物仍然是树苗，他一直给它们浇灌足够的水分。但在干旱情况下，它们的生长情况可能没那么好。一旦新冠疫情的相关限制解除后，Winter就准备在穹顶中研究这一问题。

Nate McDowell是华盛顿州里奇兰西北太平洋国家实验室的地球科学家，今年早些时候曾在《科学》杂志上撰文警告称，气候变化已经影响了树木生长和碳储存。在他看来，Smith的研究结果“令人鼓舞”，但有一个关键问题仍未得到回答：高浓度二氧化碳可以帮助植物适应未来将出现的更干燥空气吗？“这是一个很棒的科学问题，一个亟待解决的科学问题，” McDowell说。

Smith补充说，即使高浓度的二氧化碳使植物存活，植物应对高温的方式也可能是长得越来越矮小，同时变得更加坚韧，这使得她和McDowell的研究可能相互补充，而非相互对立。的确，生物圈2号中的森林在过去的三十年中发生了变化，可能是因为面临的极端条件。生物圈2号中的树木可以产生一种叫做异戊二烯的化学物质，似乎能帮助植物在高温下进行光合作用，比那些不能产生这种物质的树木存活得更好，科学家们仍在研究这一变化的全部影响。

“我们可能在不经意间建立一片更具韧性的亚马孙雨林，” Smith说，“但不一定能够储存同样数量的碳。”

（译者：流浪狗）

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