贝加尔湖的古老生态系统面临气候变暖带来的政权更迭的风险

贝加尔湖是最大、最古老的淡水古湖，它的起源始于恐龙时代，并在我们自己的人类谱系出现之前就开始呈现其现代形态。

位于西伯利亚南部的贝加尔湖是世界上最古老、最深的淡水湖，由于其年代久远且与世隔绝，因此生物多样性异常丰富，但这一非凡的生态系统正面临全球变暖的威胁。在《我们的古代湖泊：自然历史》（麻省理工学院出版社，2023 年）的这段摘录中，杰弗里·麦金农 (Jeffrey McKinnon) 审视了该湖目前正在发生的政权转变。 

作为最大、最深的淡水湖，其容量占地球液态淡水的 20%，人们可能会认为贝加尔湖不会发生变化。因此，当 2000 年代开始对 Mikhail Kozhov、Olga Kozhova 和 Lyubov Izmest'eva 收集的 60 年数据集进行全面分析时，引起了极大的兴趣。 

这些数据和其他数据清楚地表明，贝加尔湖正在变暖，每年的冰冻持续时间正在缩短。越来越明显的是，这些变化通过影响湖中的其他物理过程来间接影响湖中的生物，也直接影响湖中的生物。在某些情况下，物理过程的变化正在影响生物体之间的相互作用。

在第一份对 Kozhov 家族收集的数据进行全面分析的重要报告中，美国国家生态分析与综合中心（现就职于卡内基科学研究所）的 Stephanie Hampton 指出，Izmest'eva来自多个机构的合作者团队报告了贝加尔湖变暖带来的生物变化。 

他们发现，藻类数量总体上一直在增加，分布广泛的枝角类浮游动物的数量也在增加，它们在较高的温度下表现良好。相比之下，地方性喜冷的Epischurella（一种小型甲壳类动物）的数量要么略有下降，要么保持稳定。由于不同类型浮游动物之间的生理和其他差异，汉普顿、伊兹梅斯特耶娃及其同事认为，如果这些趋势持续存在或加剧，湖泊中的养分循环模式可能会受到重大影响，从而产生广泛的生态后果。

在对浅层沉积物岩心数据的补充分析中，由英国科学家George Swann（诺丁汉大学）和Anson Mackay（伦敦大学学院）领导的国际团队研究了如何自然和人为驱动的变化影响了养分和化学循环，并最终影响了藻类生产力的变化。他们的 2000 年时间范围更长，但仍然相对较新。他们最重要的结论是，自19世纪中叶以来，关键营养物质的供应大幅增加，从营养丰富的较深水域到营养有限的浅水水域，那里光线充足，藻类可以繁殖。 

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他们认为，这是有记录的湖上风强度增加的结果，这可能导致深水更广泛的“通风”。风力增强的原因尚不清楚，但冰盖减少以及空气和地表水温度升高可能是造成这种情况的原因。

Hampton 和 Izmest'eva 基于这些发现和其他发现，建立了贝加尔湖开放水域生态系统的数学模型，该模型是与其他几位合作者共同开发的，其中包括密歇根州立大学的 Sabine Wollrab 和柏林莱布尼茨淡水生态研究所和内陆渔业。在该模型中，他们寻求将生物体之间的生物相互作用与物理环境的变化结合起来。他们的目标是更好地了解近期藻类丰度季节性模式变化的原因，尤其是在冬季。 

贝加尔湖的阳光会穿透清澈的冬季冰层，传统上，藻类生产力在冬季和早春达到峰值，这是该系统的另一个不寻常的特征。在 20 世纪末，这些峰值常常被推迟、减弱或根本不存在。科若夫家族的数据检测到了这些模式，但由于他们在整个冬季进行了确定的采样，因此很少可以在湖泊中评估这些模式。 

该模型考虑了 Epischurella 丰度和放牧，并考虑了适应冷水和适应温水的藻类的不同种群，表明藻类丰度的这些变化可能很大程度上是由于每年的减少造成的。冰盖，如果冰盖继续减少，冬季藻类高峰可能会完全消失。该模型有些复杂，但其预测结果至少部分源于 Epischurella 在冰层覆盖较少时通过吃藻类来抑制藻类数量增长的能力更强。 

该模型描述了“机制转变”，即从系统的一种状态到涉及不同变化范围的不同状态的逐步切换。没有一个模型是最终的，这个模型可能会随着我们对生态相互作用的理解的发展而演变，但政权转变与稳定、渐进的变化之间的对比令人担忧，甚至令人恐惧。

它表明，全球变暖和其他人类造成的环境变化有时可能会导致生态系统突然发生变化，这种变化可能难以预测和逆转。 

贝加尔湖是最大、最古老的淡水古湖，它的起源始于恐龙时代，并在我们自己的人类谱系出现之前就开始呈现其现代形态。 

然而，它只是在更新世晚期（距今 260 万年至 11,700 年前）才呈现出目前深层且完全含氧的特征。在其多样化的特有动物群中，伽马科片足类动物和杜父父鱼得到了特别深入的研究。来自这两种辐射的物种在开放水域食物链中异常重要，并且也是地球上唯一的淡水海豹物种 nerpa (Pusa sibirica) 的猎物。 

其他伽马科和杜父鱼物种在贝加尔湖高度独特的深海喷口和渗流群落中也很重要，这些群落是由渗入深湖沉积物和水域的甲烷提供能量的。 

作为纬度最高的生物多样性古老湖泊，贝加尔湖正显示出全球变暖对其物理和生物系统及过程的直接和间接影响。该湖可能正在经历生态状况的转变，这应该会让生活在一个更大但仍然有限的生态系统中的生物停下来——这个生态系统也在迅速升温。

摘自《我们的古老湖泊：自然历史》，作者：杰弗里·麦金农。由麻省理工学院出版社出版。版权所有 © 2023 麻省理工学院。保留所有权利。