生物外壳上的污垢：为什么科学家们正在努力拯救地球的活皮肤_全球_鸡鸣网
在犹他州干热的阳光下，萨沙·里德正在种植植物——还有细菌、地衣和真菌。但里德不是农民，乍一看，她的田地似乎大部分都是土。她是一位生态学家，她种植的是隐生土壤。
隐生土壤也被称为生物外壳，是一种微小的、居住在泥土中的生物群落，在干旱地区的土壤顶部形成独特的外壳。这些地壳对地球的旱地生态系统至关重要，有助于将松散的土壤结合在一起，防止侵蚀。它们保留水分，为其他微生物提供生存的角落，并向土壤中添加氮。
隐生土壤通常看起来像一块变色的土地。仔细观察，污渍变成了一块块黑色的小块，点缀着小小的苔藓床和不显眼的地衣。但它也可能看起来很像普通的硬壳土壤。尽管松脆的土地可能很吸引人，就像踩过一堆秋天的落叶一样，但这是一个重大的失礼：生物结皮可能需要几十年的时间才能再生。
如今，除了被靴子踩碎之外，生物外壳还受到另一种人类足迹的威胁：气候变化。因此，研究人员正在努力了解更多关于地壳的信息，以及如何恢复它们。
弗拉格斯塔夫北亚利桑那大学研究地壳的植物和土壤生态学家Anita Antoninka说：“这是一个非常忙碌但也令人兴奋的时期，因为我们正在发明如何做到这一点。”
她说，生物结壳所在的旱地是至关重要的生态系统，但它们是全球退化最严重的地区之一。随着这些地区生物结皮的减少，土壤肥力将下降，风蚀将吹走松散的、未受保护的土壤。渗入地下的水会减少。甚至碳循环也会受到影响，因为吸收二氧化碳的微小生命形式将会减少。
生物外壳覆盖了地球陆地表面的12%，分布在世界各大洲。这些结壳的主要组成部分通常是被称为蓝藻的光合细菌。蓝藻形成粘稠的细丝，在沙质沙漠土壤中就像胶水一样，形成块状、硬壳状的表面，真菌和其他细菌在这里扎根。
根据生物外壳所处的环境，它也可以容纳微小的苔藓、地衣和微小的藻类。例如，在潮湿的沙漠地区，如犹他州的摩押，生物外壳往往以苔藓为特征。在富含石膏的土壤中，比如内华达州米德湖附近，地衣占据了中心位置。一些地壳具有所有成分，而在其他地壳中，多个成分缺失。但不管它们的群落阵容如何，这些地壳都是沙漠土地的活皮肤。
“它们为土壤提供了一套盔甲，”坦佩亚利桑那州立大学的微生物学家费兰·加西亚-皮切尔说。大约20年前，当他第一次开始研究生物外壳时，人们对它们知之甚少。在《2023年微生物学年度回顾》中，加西亚-皮切尔概述了过去几十年来研究人员对隐生土壤的了解以及未知的情况。
“在这25、30年里，我们取得了如此大的进步，”他说。
几项研究表明，气候变暖加剧和降雨变化构成了威胁。模型显示，在接下来的65年里，气候变化可能会使生物覆盖面积减少25%到40%。地壳对更高的温度和降水的波动很敏感——延长的干旱期和不寻常的降雨增加都可能损害它们，这取决于它们的位置。
为了对抗这些衰退，像美国地质调查局的里德和她的同事们这样的生态学家正在试图找出如何在野外重新生长硬壳的方法。
在她所谓的可能是世界上最大的户外生物痂苗圃里，里德专注于生物痂恢复的三个主要方面。第一个要素是了解地壳最适合生长的环境，而且，重要的是，从环境中很好地转移。最初，研究人员在室内温室中种植生物结壳取得了巨大的成功。但是他们的生活太轻松了，里德说。当移植到室外时，硬壳很难扎根。有些硬壳现在直接从外面长出来：“我们正试图对它们进行更严格的培养，”她说。在户外，他们经历了更为真实的环境条件，尽管他们仍然在浇水和遮荫方面比团队领先一步。
里德在生物硬壳农场的第二项工作是了解一个完整的生物硬壳群落需要多少才能茁壮成长。生物外壳是全能的，这意味着它的一小部分最终可以形成新的外壳。因此，在新地区种植生物外壳的一种方法是将一些生物外壳粉碎并撒在地面上，类似于撒种子。
但在野外，地壳成分可以以未知的方式积极地协同工作，所以里德想知道生物地壳是否会从更大、更成熟的群落中受益。“我们把它们放在这些恶劣的环境中，有点孤独，然后说，‘活下去，茁壮成长，’”她说。“我们没有看到他们像我们希望的那样经常这样做。”
这促使研究人员尝试了一种受sod启发的新修复方法。首先，他们将生物硬壳碎屑洒在杂草布上——一种园艺师使用的薄织物。地壳长大后，他们将其卷起，并在最终目的地展开。令里德吃惊的是，这个策略奏效了。虽然她担心这些面包皮会碎裂，但它们完好无损，在新的环境中茁壮成长。这种方法可以用在小的、有战略意义的地点，比如步道旁边，但可能不会在整个景观范围内使用。
里德在生物硬壳农场进行的修复研究的第三个方面是，科学家们想知道是否有特定的生物硬壳群落成员更适合在气候变化的情况下进行修复。为了做到这一点，里德和安东宁卡从更热、更干燥的地方——未来西南旱地可能的样子——提取生物外壳，然后在农场上种植。现在，他们正在监测移植后修复地点的结壳如何继续生长。随着地壳的发展，研究人员将寻找似乎表现得特别好的物种或生物地壳群落的来源。
Reed、Antoninka和其他人现在正在与土地管理者合作——包括国家公园、土地管理局和美国林务局——应用他们对生物结壳的了解。“合作是非常非常重要的，”Antoninka说，例如，摩押苗圃是与北亚利桑那大学、大自然保护协会和当地非营利恢复组织Rim to Rim restoration合作的。Antoninka说，通过与土地管理者合作，有可能在未来会破坏土壤的开发项目中纳入生物硬壳恢复计划。
干旱地区的人们也可以在自己的后院做同样的事情。Antoninka说，如果业主计划在有结皮的土地上修建工程，他们可以简单地把结皮打捞出来，然后把它放在桶里，保持干燥和凉爽。然后他们可以把它撒回被破坏的土壤上，或者洒在其他地方。
公众可以帮助保护生物外壳的其他方法包括留在小径上以避免破坏它们，并传播有关外壳的信息以提高认识。如果人们不知道生物结壳的存在，他们脚下的微小生态系统就很容易被忽视。
里德说：“跪下来看看。”“我们研究它们是因为它们的重要性，但它们的美丽和酷炫也值得注意。”
本文最初发表于Knowable杂志，这是一家致力于让每个人都能获得科学知识的非营利性出版物。
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