一项新的研究显示，全球温度的上升可能使全世界广泛的微生物群落从碳汇转化为碳排放者，可能会引发气候变化的临界点。这些发现最近发表在英国生态学会的期刊《功能生态学》上。新的研究发现，在气候变暖的情况下，海洋浮游生物和其他单细胞生物（被称为混养微生物）--可以从碳汇转换为碳排放。
在世界各地的湖泊和河流中发现，像这种单细胞生物Paramecium bursaria既能吃又能进行光合作用。像这样的微生物在气候变化中扮演着双重角色，它们释放或吸收二氧化碳--这种捕获热量的温室气体是变暖的主要驱动力--这取决于它们是依靠类似动物的生活方式还是类似植物的生活方式。资料来源：Daniel J. Wieczynski，杜克大学
该研究还发现，这些生物在转换之前的行为变化可以作为气候变化临界点的早期预警信号。然而，环境中营养物质水平的增加，如农业径流中的氮，会使这些警告信号变弱。
混合营养型微生物是能够在像植物一样进行光合作用（吸收二氧化碳）和像动物一样进食（释放二氧化碳）之间转换的生物体。它们在全球范围内都很丰富，普遍存在于淡水和海洋环境中，估计占了海洋浮游生物的大部分。
杜克大学和加州大学圣巴巴拉分校的研究人员通过开发一个计算机模拟，模拟混合营养型微生物如何获得能量以应对变暖，发现在变暖条件下，混合营养型微生物从碳汇转变为碳排放者。
这些发现意味着，随着温度的升高，这些高度丰富的微生物群落可能从对地球的净冷却效应变为净升温效应。
杜克大学的Daniel Wieczynski博士和该研究的主要作者说："我们的研究结果显示，混合营养型微生物在生态系统对气候变化的反应中的作用比以前想象的要重要得多。通过将微生物群落转化为应对变暖的净二氧化碳来源，混养微生物可以通过在生物圈和大气层之间创造一个正反馈循环来进一步加速变暖。"
混合营养型原生动物Paramecium bursaria可以吃细菌或使用光合作用来获得能量和碳。光合作用发生在生活在P bursaria细胞内的内共生小球藻（绿色球体）内。
加州大学圣巴巴拉分校的Holly Moeller博士和该研究的共同作者补充说："由于混生虫既能捕获又能排放二氧化碳，它们就像'开关'，既能帮助减少气候变化，也能使其恶化。这些虫子很小，但它们的影响真的可以扩大。我们需要像这样的模型来了解如何。"
杜克大学的Jean-Philippe Gibert博士和该研究的另一位共同作者说："目前最先进的长期气候变化预测模型只是以一种极其还原的、部分的，或者有时是完全错误的方式来考虑微生物的作用。因此，非常需要像这样的研究来提高我们对地球大气过程的生物控制的广泛理解。"
研究人员的模型还显示，就在混合营养型微生物群落转向排放二氧化碳之前，它们的丰度开始疯狂波动。这些变化可以通过监测混合营养型微生物的丰度在自然界中检测出来，并为这些微生物可以作为气候变化临界点的早期预警信号带来希望。
Wieczynski博士说："这些微生物可能作为快速气候变化的灾难性影响的早期指标，这在泥炭地等目前是主要碳汇的生态系统中特别重要，因为在这些地方混合营养体的数量非常多"。
然而，研究人员还发现，这些早期预警信号可能会被环境中氮气等营养物质的增加所削弱，这些营养物质通常是由农业和废水处理设施的径流引起的。当更多的此类营养物质被包括在模拟中时，研究人员发现，发生预警波动的温度范围开始缩小，直到最终信号消失，临界点到来时没有明显的警告。
"检测这些警告信号将是一个挑战。特别是如果它们随着营养物的污染而变得更加微妙"。莫勒博士说。"然而，错过它们的影响是巨大的。我们可能会在一个更不理想的状态下结束生态系统，向大气中添加温室气体，而不是清除它们。"
在这项研究中，研究人员使用4度的温度跨度进行了模拟，从19到23摄氏度。在未来五年内，全球气温可能会比工业化前的水平高出1.5摄氏度，并有望在本世纪末突破2至4摄氏度。
研究人员提醒说，研究中使用的数学模型借鉴了有限的经验证据来调查变暖对微生物群体的影响。Wieczynski博士说："尽管模型是强有力的工具，但理论结果最终必须通过经验来检验。我们强烈主张对我们的结果进行进一步的实验和观察测试"。