作者Arwyn Edwards，对话

一张新的北极海冰地图将30年的平均值与最近十年的平均值进行了比较。鸣谢:英国南极调查局

北极气候变暖的速度至少是全球平均速度的四倍，给这片广袤的土地带来了不可逆转的变化风景岌岌可危生态系统—从预期的北极熊的灭绝到虎鲸的出现数量越来越多。一个新的研究这表明北冰洋可能最早在21世纪30年代就没有冰了——比之前的预测早了十年左右。

但是为了正确理解未来的速度和力量，我们应该把注意力放在肉眼看不到的微小生物上。这些单细胞微生物既是北极灭亡的守望者，也是主要煽动者。

像我这样研究它们的科学家已经成为法医病理学家，在我们的北极现场处理犯罪现场。我们穿着同样的白色防污染服，对每个采样点拍照，并将样本装袋进行DNA分析。在一些地区，红色微生物甚至创造了一种被称为“血雪”的效果

然而，在这个复杂的刑事调查中，看不见的证人也要对造成的损害负责。微生物证明了它们的北极栖息地在人类造成的变化面前的脆弱性。但它们也造成了强大的气候反馈循环，对北极和整个地球造成了越来越大的损害。

我第一次去北极，也几乎是最后一次。2006年，当我20出头还是一名博士生时，我和同事们开始对生长在挪威群岛冰川上的微生物进行采样斯瓦尔巴群岛—地球最北端的全年居住地，距北极约760英里。

我们危险的通勤把我们带到了冰川上方的高处，穿过一个冰冷的碎石坡接近它的侧面，然后穿过冰边缘的一条河。这是我们最近走过的一条路线——然而这一天我走错了。当我滑向被融化的冰淹没的小溪时，时间慢了下来，我的斧子在光滑的冰上徒劳地跳动着。我一头扎进冰冷的遗忘中。

在那近乎死亡的平静中，有两件事困扰着我。河水会把我带进冰川深处，所以几十年后我的遗体才会被送回我的家人手中。那个季节的耳虫意味着我会死于印第安纳琼斯的主题曲。

谢天谢地，碎石减缓了我的下滑速度——我活了下来，并很快认识到，死去的科学家没有机会写论文。我仍在了解生活在那里的每一个栖息地的微生物:从北冰洋的海水到深埋在深海中的冰晶格陵兰冰盖.

这些各种行星进程的微观管理者对其栖息地的温度非常敏感。冰点以上最微小的变化就能把北极的景观从一片没有液态水的冰冻荒原变成一片微生物忙于在营养丰富的水中繁殖的地方，它们以各种方式改造自己进一步放大气候变暖的影响。

斯瓦尔巴特地区现在变暖的速度是地球变暖速度的7倍全球平均值。尽管世界大部分地区仍在努力将全球变暖限制在比工业化前水平高1.5摄氏度的范围内，但在北极，这场战斗很久以前就已经失败了。

现在是2011年，而且竹内野佐木从日本来到斯瓦尔巴特群岛。在经历了地震、海啸和福岛核事故之后，回家的这一年是艰难的一年，但千叶大学冰川生态学家兼教授Nozomu坚持不懈地寻求测量气候变化的影响。

就在他在朗伊尔城机场八月午夜的阳光下走下飞机几个小时后，我们正在向最近的冰川行进。在我们头顶上，白雪覆盖的山坡在旋转的薄雾中隐约可见。

自20世纪90年代以来，Nozomu一直在收集世界各地冰川的样本和测量数据。当我们到达雪线附近的目的地时，他打开背包，露出一个装满采样工具的便当盒——不锈钢勺、试管、样品袋，所有这些都是为了提高效率而安排的。当他以熟练的效率跑来跑去时，我想提供帮助，但又担心我只会拖他的后腿。

事实上，诺佐姆领先我们几十年。几年前，他在生命的未来和冰的死亡之间建立了联系，这些融化的斯瓦尔巴特群岛冰川给他的图表增加了更多的点。

正如我们使用大量的因子50来保护自己免受阳光照射一样，夹在天空和冰川表面之间的数十亿微生物也通过积累类似防晒霜的色素来保护自己。如果有足够多的这些色素停留在阳光下的一个地方，这个“生物变黑”的区域比反射性的白色冰雪更有效地吸收太阳的热量——所以它融化得更快。

诺佐姆铲起一些所谓的血雪，其中充满了藻类。在显微镜下，它们的细胞确实让人联想到红细胞。但是，这些细胞充满的不是血红蛋白，而是类胡萝卜素——也存在于蔬菜中的色素保护藻类免于过热。冰川的其他部分是翠绿的，富含藻类，这些藻类在这个24小时日光世界中忙于将光合作用转化为化学能。

在冰川的更深处，教授将一些“脏”冰压碎放进一个袋子里。一种不同种类的藻类生活在这里，取决于你的视角，它要么是黑色，要么是棕色，要么是紫色(也许这取决于你太阳镜的颜色)。这色素产生的就像给茶叶上色的化合物，藻类将它像阳伞一样层层保存在细胞内的光合工厂上方——确保它们有足够的阳光进行光合作用，但不足以燃烧。

约瑟夫·库克拍摄的关于居住在格陵兰冰原上的微生物的电影。

打开谷歌地球，当你放大北极时，你可能会看到北极西部边缘的大块深色条纹格陵兰冰盖。这是“黑暗地带”，但它不是由黑暗造成的灰尘或者煤烟。它是活的，充满了藻类随着格陵兰岛变暖，它变暗了，变大了。

在2000年到2014年间黑暗地带的面积增长了14%。2012年为279，075公里，已经是英格兰的大小比裸露的冰还要多。

第二天早上，我睡在茶几下，被化学品的味道吵醒。诺佐姆正忙着处理他的样品:用牛头犬夹子把融化的冰块钉在晾衣绳上。它们就像拥挤房间里的彩旗，但现在不是庆祝的时候。每个袋子的颜色都增加了一项测量，量化了这些藻类、它们的色素和它们冰冷家园的死亡之间的联系。

到了2014年夏天，全世界的冰川学家都开始听从诺佐姆等先锋生态学家的警告。冰川正在死亡，尽管生命在它们逐渐变暗的表面绽放。情况变得紧急了。

我在一架直升机上，和同事们一起飞往格陵兰冰原上黑暗地带的一个营地——这是北半球最大的冰川。它覆盖了170万公里，冰量相当于将全球海平面升高7.7米所需的水量。

随着我们的气候变暖，从这个水库流出的水的速度增加，全球气温每增加1摄氏度，排水阀就开得更大。像生物变暗这样的反馈过程有可能增加打开的排水阀的数量，从而大大加快海平面上升的速度。

为了监测这种影响，每天凯伦·卡梅隆今年夏天我们营地的领导者，背着一个价值10万英镑的背包，走向未受干扰的冰块，背包里有一个分光计，用来测量冰的黑暗度，捕捉它如何吸收导致融化的太阳能。冰川学家迫切需要地面真相，他们的模型需要数据。

到目前为止，他们对格陵兰冰盖如何应对我们变暖的气候的预测都没有包括生物变暗。即使影响是适度的，它仍然可以推翻冰原对气候变暖的可预测的直线反应。

我们在格陵兰的所有时间里，我们遇到的唯一生命形式是从我们食物配给中的新鲜水果和辣椒中孵化出来的苍蝇。这些以及少数几种冰川藻类和数百种细菌从生物学角度使冰变黑:一种在冰原表面留下疤痕的活浮渣。

我的工作重点是这些微小的生物如何适应它们冰冷的栖息地，但它们行为的影响现在受到了全球的关注。A电影摄制者在营地里，我正在编织一条线，把格陵兰岛的冰川融化和它对生活在世界各地沿海社区的人们的影响联系起来威尔士西海岸到曼哈顿、阿姆斯特丹和孟买这样的大都市，甚至整个太平洋低洼岛国。

随着较小的冰川消退，格陵兰和南极洲较大的冰盖开始全力应对我们变暖的气候，这些社区、首都和国家将首当其冲地承受海平面上升带来的洪水、淹没和侵蚀。

在回家之前，我们的直升机带我们绕道，在冰原的高处。我们飞越褐-黑-紫藻类，到达更明亮、更高的海拔，在那里调色板缩小到水和冰的蓝色和白色，然后是雪和天空。格陵兰有自己的天气，在这些海拔较高的地方，我们预计冰一年到头都不会结冰。然而，当我们着陆并开始收集雪样和一小块冰芯时，我们发现我们挖的是雪泥。这里的冰也开始融化了。

我们举起冰芯，融水从冰芯底部滴出。在极端变暖的时期，大部分冰原表面会经历融化，扰乱沉睡的微生物储存在永久冻结的表面。对我们所有人来说，这是一个发人深省的时刻。

飞回营地，当我们返回黑暗地带时，我看着溪流变成河流和湖泊，在那里融化和微生物主宰着冰景。我在想，到本世纪末，有多少一度被锁在冰里的水将会自由流入大海，进入数百万个家庭。

八个国家的冻土环绕着北极。他们的土壤储存了大量的碳:地球土壤碳总量的三分之一存在于这片冻土中。

碳是土壤在过去的气候中形成并保存了数千年的遗产。然而，人类引起的气候变化正在重新加热这些剩余的碳，为生活在地球内部的微生物提供了丰富的食物来源苔原然后作为温室气体排放出去。

这就是所谓的永久冻土碳反馈回路。即使是少量的这种巨大的碳储存进入大气，变暖也会加速——导致苔原融化更快，释放出更多的温室气体。

格陵兰冰盖的一个高度黑暗的表面，富含藻类，被融水河流切割。鸣谢:作者阿尔文·爱德华兹

此外，并非所有温室气体的影响都是一样的。虽然二氧化碳在大气中相对丰富且稳定了几个世纪，但甲烷的含量较低且寿命较短，但作为一种温室气体却非常强大——同体积的二氧化碳对气候的破坏程度是二氧化碳的近30倍。

三十多年来，安迪·霍德森一直在微生物、碳和北极景观交汇的前沿工作。2018年，在斯瓦尔巴特群岛一个清新的春天，我们和他在一起。零下26摄氏度，但幸好摩托雪橇的通勤时间很短——然后我们很快就开始御寒工作。

霍德森的计划是“流行”其中的一个pingos居住在这个开阔山谷的地面上。可以把pingos想象成北极的痤疮:它们形成于永久冻土压缩未冻结的湿沉积物，爆发为小山丘，使苔原的皮肤起泡。

这些微生物的生活是复杂的。它们只生活在氧气接触不到的地方——在氧气更普遍的地方，消耗甲烷的微生物反而兴旺，从下面熄灭甲烷的喷涌。同样，如果铁或硫化物的矿物来源就在附近，那么利用它们的微生物会胜过产甲烷菌。

所有这些加起来就是我们文明最大的不确定性之一:从北极地区逸出的温室气体的范围和成分。经济影响的估计从这些永久冻土中，碳反馈给全球经济带来了数十万亿美元的损失。我们知道这是一个坏消息，但是到底有多坏取决于它们微观镶嵌图中的微生物。

霍德森的实地工作表明，在北极的冬天，这个pingo可能是邻近地区唯一的甲烷来源，它的烟囱使气体能够在消耗甲烷的微生物抓住它之前从冰的深处逸出。每年，数十公斤的甲烷和超过一吨的二氧化碳将会从这个冰窟中逃逸出来一万多分散在北极地区，以及其他产生甲烷的热点。

北极的土地是永久冻土碳反馈的拼凑物，我们的未来取决于其中微生物不确定的命运。

而冰融化在短期内促进微生物的生长，如果它继续发展到毁灭栖息地的地步，那么微生物将会随之消失。我们认识到北极熊和海象的这种危险，但不知道北极无形的生物多样性。不过，小并不意味着无足轻重。

为了欣赏这一点，我们可以回到格陵兰冰盖的黑暗地带，加入约瑟夫·库克在我们2014年夏季的野外季节。他躺在用一条浴巾和一个用胶带包裹的垃圾袋临时搭成的垫子上，凝视着冰面上一个黑暗的、像坑洞一样的凹陷。这是一个冰窟窿，数百万个冰窟窿散布在冰原的边缘。在pingos通过释放甲烷导致气候变暖的地方，低温层是一个很好的吸收二氧化碳的地方温室气体，但这也产生了自身的问题。

这最早估计它储存空气中二氧化碳的能力超过了芬兰同年的碳排放总量。每一个低温洞穴都是一个近乎完美的生态系统——有一个独特的缺陷。它的居民必须融化冰才能生存。但是融化冰的行为加速了它们冰川栖息地的消亡。

尽管在地球上一些最恶劣的地方被发现，但低温层是数千种不同类型的细菌(包括非常重要的光合蓝细菌)、真菌和细菌的家园原生动物。平的缓步类在严寒中茁壮成长。

库克对这种近乎冰冻的“微观雨林”的完美非常着迷。它的居民在合适的深度和形状下得到保护和滋养，以便通过阳光与蓝藻、灰尘和冰的相互作用来设计一个繁忙的生态系统，从而造福于所有的居民。蓝细菌利用阳光从空气中捕捉二氧化碳，并将其转化为黏糊糊的水泥，形成每一粒低温矿石

然而，大量的冰窟窿散布在冰面上，这些“成群”的冰窟窿会有所帮助塑造并加深冰面。这反过来会影响融化速度，因为表面是在24小时日光下雕刻的。

写日记自然在1883年瑞典极地探险家阿道夫·埃里克·诺登斯克德发现了低温冰，他感谢低温冰中的生物融化了曾经覆盖挪威和瑞典的古老冰层:

“尽管它们微不足道，但它们在自然界的经济中发挥着非常重要的作用，因为它们的深色比蓝白色的冰更容易吸收太阳的热量，因此它们有助于破坏冰盖，并防止其扩展。毫无疑问，在很大程度上，我们必须感谢这些生物融化了曾经覆盖斯堪的纳维亚半岛的冰层。”

我们将在2018年冬天回到格陵兰岛，探索低温陨石的奇异缺陷。我和库克还有Melanie Hay，她是北极生物信息学的博士生。

Hay和我将带着DNA分析去一个陌生的新地方去学习更多关于低温矿石的进化和生物学的知识。基因组学的巨大进步正在改变我们对微生物世界的看法，但大型DNA测序仪器在复杂的实验室中表现最佳。

一个低温矿石颗粒的显微镜图像，显示了生物变暗和蓝细菌从中生长。鸣谢:作者阿尔文·爱德华兹

取而代之的是，我们使用一个订书机大小的纳米孔测序仪，连接到一台防冻笔记本电脑的USB端口上。帐篷外是零下20摄氏度，但DNA测序仪必须在体温下运行。唯一可持续的温暖来源是体热，所以我每天晚上都和序列器依偎在睡袋里，整天都穿着衣服。

那天晚上，我们遇到了飓风级的风暴。在帐篷之间移动时迷失方向将是致命的，所以我们在茫茫夜色中爬行到我们睡觉的帐篷。Hay到达了她的帐篷，但是Cook的不见了，所以我们挤进了我的单人帐篷。不知何故，我睡得很香，而库克暴露在夜间的恐怖全部力量。

早上，我们挖掘干草，他们被雪覆盖的帐篷在夜里倒塌了。排序完成了，但是风暴损坏了我们的发电机意味着营地正在失去电力，所以她必须尽快工作。她确定了建造低温层的蓝细菌——这是一个由一个物种主导的简短列表:Phormidesmis priestleyi。

这种物种在整个北极的低温岩石中发现，似乎是低温岩石的生态系统工程师——一只微小的海狸建造了一座灰尘大坝。但缺点是它创造的近乎完美的低温岩石生态系统的黑暗。就像我们之前遇到的邻近冰川藻类一样，Phormidesmis priestleyi正在从生物学角度使北极冰层变暗，并最终加速了包含在低温洞穴中的数千种不同类型的生物的死亡。

因此，这项工作更清楚地向我们展示了地球冰川的消失是全球生物多样性危机的一个组成部分，也是气候变化的一个主要影响。

北极微生物多样性的丧失在其他方面也很重要。Hay和Aliyah Debbonaire都是改革派生物医学科学家，他们从北极地区寻找新的抗生素来治疗疾病。2018年夏天，我们在斯瓦尔巴群岛寻找线索。

世界正在耗尽有效的抗生素，北极的边疆可能是我们在这场抗生素耐药性危机中的最后一道防线。无数种类的微生物已经进化到可以在恶劣的环境中生存，使用了书中所有的技巧，包括将抗生素作为化学武器来杀死竞争对手。这意味着它们可能是新抗生素的来源。

这不是他们唯一的应用。从奶酪到生态友好型生物洗衣粉，整个购物通道的产品都来自适应寒冷的微生物。随着气候变暖威胁到整个北极栖息地，我们使用、学习和保护这种生物多样性的机会可能会永远失去。

当我们的小飞机返回最近的城镇朗伊尔城时，我们低空飞过斯瓦尔巴特群岛全球种子库，这里有超过12000年的农业成果，以一百万种不同作物的种子形式存在。在附近，一个废弃的煤矿里有一个类似的设施，在微缩胶片上存储着重要的计算机程序——这是我们这个沉迷于数据的世界的终极备份。

在一个下雪的公里内，你可以在人类文明创新的阿尔法和欧米茄之间行走。这两个机构都选择了地球上升温最快的城镇作为储存这些人类财富的最安全的地方。然而，尽管北极的微生物多样性对世界生物技术和医学领域的未来至关重要，却没有这样的设施专门用于北极的微生物多样性。

相反，它落到了微生物学家的肩上，如Debbonaire，与时间赛跑来识别、培育和筛选融化的北极的微生物。她的辛勤工作积累了大量的培养皿，每个培养皿都是不同北极微生物的临时避难所。

最终，它们将被存储在超低温冷冻器分散在世界各地的实验室里。这样的工作对资助者来说是乏味的，所以它是在其他项目的边缘被零零碎碎地完成的。然而，这是我们拯救北极微生物的唯一尝试。

最重要的是，北极很重要，因为它是地球上变暖最快的地方，而且它的微生物最先做出反应。那里发生的事情对每个人都有影响。它预示着世界各地的变化。

另一位北极微生物学家可能会对永久冻土或海冰发出尖锐的声音，但作为一名冰川生态学家，我更喜欢冰川冰。

在本世纪的前五分之一时间里，地球上的冰川每年释放大约10万亿(10的25次方)汤匙的融化物，而在每一汤匙中，大约成千上万的细菌和病毒曾经储存在冰层中。

可悲的是，接下来会发生什么是可以预测的。即使是最温和的比工业化前高1.5摄氏度的变暖情景，也将导致至少30亿年的灭绝地球上20万个冰川中的一半到本世纪末。

根据我们作为一个文明采取行动的紧迫性和有效性，本世纪也可能是我们历史上的“融化高峰”。然而，拯救这些珍贵的冰雪栖息地的战斗已经失败了。相反，对于像我这样的科学家来说，我们的实地工作现在很大程度上是记录这些“犯罪现场”——这样至少可以在冰永远融化之前保留冰内生命的知识。