编者注：本文是《冰盖中的虫子》的扩展版本，该文刊登于《大众科学》2012年5月刊。
蒙大拿州波兹曼市——在南极洲和格陵兰岛的冰冻保险库中，一个失落的远古生物世界正等待着重生的机会。就像来自遥远过去的时光胶囊一样，极地冰盖让我们得以窥见微小的生物，它们可能被困在那里比现代人类在地球上行走的时间还要长，等待着条件改变并再次释放它们的那一天。
随着冰川以惊人的速度融化，这些条件可能很快就会到来。大量的细菌和其他微生物——其中一些是自75万年前上一个重大气候变化时期，即中更新世以来，世界未曾见过的——将重新回到环境中。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
冰盖曾经被认为过于严酷和不适宜生存，无法支持任何生物，但现在已知是微生物生命的巨大储藏库。总的来说，冰盖内部和下方的微生物细胞生物量可能超过地球上所有人类的1000倍。
被冰冻禁锢对微生物来说是一种进化策略：通过将遗传蓝图冷冻保存，为未来的重新进入做准备，蒙大拿州立大学教授、南极微生物学研究先驱John Priscu说。
他说：“这是一种回收基因组的方式。你把东西放在冰面上，一百万年后它又出来了。”
“基因的储藏库”
Priscu在最南端的大陆上度过了过去28个澳大利亚夏季，研究他称之为“冰盖中的虫子”。南极洲拥有地球上最古老的冰；其部分冰川景观可以追溯到大约一百万年前，一些冰袋据信高达800万年。“冰盖中蕴藏着大量的历史，”Priscu说。
其中大部分历史似乎仍然存活。Priscu在42万年前的冰芯中发现了活细菌，并让它们在他的实验室中生长。其他研究人员报告说，他们使更古老的细菌复活。
冰允许微生物享受某种程度的不朽，保存古老的遗传物质，并允许那些早已从地球上消失的生物在未来重返地球。“这就是冰的有趣之处——它可以作为这些基因的储藏库，”威斯康星大学麦迪逊分校的进化生物学家和博士后研究员Jonathan Klassen说。“那些已经灭绝的事物有可能重新回来。”
这会是冰上侏罗纪公园吗？科学家们说不太可能。唯一能够在这些寒冷、黑暗、压碎的环境中生存且几乎没有东西可吃喝的生物是微观生物，而且发现的大部分生物似乎与来自其他寒冷冰冷环境的微生物有关。
尽管如此，由于捕获热量的温室气体使极地地区升温的速度比当今地球其他地区快得多，研究人员对冰盖中的虫子有很多疑问。研究人员正试图确定这些生物如何在如此残酷的栖息地中生存，其中一些生物似乎在一种类似于千年休眠的状态中存在。这些发现可能为在其他极端气候（如冰冻的行星和卫星）中发现生命指明方向。
甲烷排放
更直接的担忧是地球上的情况。从融化的冰川中倾泻出的细胞和碳可能会变成大量的分解有机物——堆肥——它们在腐烂时会产生二氧化碳和甲烷，这是一种气候研究人员尚未考虑的潜在的温室气体排放的重要来源。
除了对大气的影响外，涌入海洋的大量微生物肯定会挑战海洋系统，并可能扰乱海洋的微妙化学平衡。[见侧栏：“世界最大湿地”的丧失可能会打破海洋平衡]
科学家们还看到证据表明，微生物正在冰盖内部进化，交换DNA并获得新的性状。虽然这些喜冷的生物似乎对温血生物没有构成什么威胁，但它们可能会迫使现有微生物种群退出，从而产生未知的后果。[见侧栏：气候变暖使冰内进化加速]
路易斯安那州立大学微生物学家Brent Christner将冷冻的“细菌冰棍”描述为，经过数十万年后，一旦有利条件出现，它们就可以从冰中冒出来，准备生长和分裂。生物科学系的副教授Christner使包裹在75万年前的冰中的细菌复活了。
他说：“当我们观察能够获得的最古老的冰时，我们仍然发现有细胞存活。”
Christner补充说，这是一件大事，因为研究人员不明白一个生物是如何“像汉·索罗被封在碳化体中一样，在某种休眠状态下存在75万年的”。
自石器时代以来就存在
事实证明，被固定在冰中实际上是微生物保存自身的好方法。在那些冰川内部，它们似乎处于最小的活跃状态，维持着它们的DNA，并以某种方式修复随着时间推移，因辐射、氧化和其他有害力量造成的损害。据Christner说，它们可能能够像这样“冷冻”几乎无限期。
然而，自石器时代以来就存在确实会对身体造成损害。Christner发现，冰越古老，生物复活所需的时间就越长。
冰中的虫子为科学家提供了一个令人兴奋的机会，来检查古老的基因组，并从以前的变暖和变冷时期中生活的生物体中了解地球过去的气候。“你可能会把冰想象成一个回到过去的博物馆，一个回到过去的窗口，”蒙大拿州立大学的微生物生态学副研究教授Christine Foreman说，她正在研究在南极冰中发现的、沉积时间长达6万年前的微生物。
对于Priscu来说，至少在古气候方面，根本问题是，在冰川时期和间冰期是否存在不同的细菌群落。“如果我们现在处于温暖时期，那么现在的细菌与一百万年前的细菌是否不同？”
Priscu希望在明年冬天回答这个问题，届时他和一支美国研究小组将钻入南极洲西部冰盖下方的冰流中，该冰流可能藏有2000多万年前，当南极洲开始冻结时生活在该大陆的微生物的后代。
这项工作是正在进行的三项工作之一，目的是钻探进入长期埋藏的南极水道，并将冰下隔离的生物体带到现代的光线下：2月份，一个俄罗斯小组在遥远的南极洲东部刺穿了超过两英里的冰层，到达了沃斯托克湖，一个像伊利湖一样大小的水体，它已经被封闭了2500万年。英国科学家正在钻探大陆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个更阴暗的问题：是否有一些史前瘟疫潜伏在冰中，等待着一个机会回来恐吓手无寸铁的人群？也许是一种以挪威探险家罗尔德·阿蒙森命名的阿蒙森毒株，他领导了首次到达南极的探险队，那是在100年前。
俄亥俄州博林格林州立大学生物科学系进化生物学家和教授Scott Rogers说：“在冰中生存可能会产生一些可能对这些病原体有利的适应性。” 例如，当宿主群体对病毒产生抗体时，病毒就会失去引起感染的能力。“因此，如果[病毒]可以在冰中存活，它们可能会在人群再次没有免疫力，并且没有暴露于特定基因型的时候回来，”他说。
Rogers在格陵兰岛的冰川冰中发现了一种存活的14万年历史的植物病毒。他推测，一些顽强的病毒（如导致脊髓灰质炎的病毒）有可能在冰中存活，并重新感染易感人群。然而，他和其他科学家认为，融化的冰川不太可能释放出引发流行病的毒性病毒，就像最近的好莱坞恐怖片《传染病》中描绘的那样。人类和动物病原体已经进化到可以在温暖舒适的地方生存，并且很难在冰中极其恶劣的条件下生存。病毒往往特别脆弱。
Rogers说：“机会不是零，但非常接近于零。”
更可能的是，融化的冰盖将允许古代微生物基因与现代基因混合，从而使海洋充斥着前所未见的生物类型。Rogers认为这种情况已经在发生。“我们认为正在发生的事情是，东西一直在融化，而且你正在获得这些新旧基因型的混合，”他说。
这些新释放的——以及可能新重组的——微生物的最大影响很可能会在海洋中看到，Christner说。地球的冰川和冰下沉积物包含的微生物细胞和碳比地球表面所有湖泊和河流都多——他说，如果融化，大量的有机物质将最终进入海洋。
Christner说：“潜在的气候影响更多地在于将营养物质引入海洋系统。”一种情景是：营养物质引发细菌的生长爆发，然后会消耗水中所有的氧气，破坏鱼类栖息地，并加剧已经因其他原因发生的海洋死区。
蒙大拿州立大学的Foreman说：“我们一直认为海洋是一个可以处理一切的汇集地。但是我们现在知道事实并非如此。将会出现转折点，届时某些事情将会发生……但是我们不知道那个点会在哪里。”
巨大的堆肥堆
融化的冰川也可能涌出巨大的腐烂生物质堆肥堆。科学家们估计，如果冰盖内部和下方的有机物中的所有碳转化为二氧化碳，将等于全球道路上车辆十年产生的排放量。当然，并非所有的碳都会直接转化为温室气体。但是任何释放都将增加预期来自融化永久冻土的大量排放。“这是一个需要考虑的大量碳，”Priscu说。“碳循环现在非常重要，特别是在气候变化方面，我们真的应该研究一下这个问题。”
因此，虽然这些解冻的虫子可能不会很快在您当地电影院的科幻惊悚片中出现，但科学家们说，它们确实为极地地区的未来提出了另一个担忧。当考虑到海平面上升、野生动物栖息地转移、行星反照率降低以及气候变化的其它表现时，这种新释放的生物储存库的最大影响可能是它能够打破地球不稳定的平衡。
Priscu将当今气候的状态比作一个被绊倒的电灯开关。
“如果你把那个灯开关按在翻转前的那个位置，灯就会开始闪烁。我认为我们现在看到的就是这种情况，”他说。“我们正在推动它，它变得越来越不稳定，很快它就会超过一个阈值，达到一个新的状态。它是否能够回到之前的状态，我们不知道…… 我们可能最终永远都回不去了。”
在网络上
普里斯库研究小组，蒙大拿州立大学.
克里斯纳研究小组，路易斯安那州立大学 福尔曼研究小组，蒙大拿州立大学 斯科特·罗杰斯，鲍灵格林州立大学 乔纳森·克拉森，威斯康星大学麦迪逊分校 南极冰下湖泊和河流研究 西南极冰盖分界冰芯 美国国家航空航天局关于全球冰盖的信息
这篇文章最初发表于《每日气候》，这是由非营利媒体公司环境健康科学出版的气候变化新闻来源。