微生物是地球岩石到生命周期中的“活跃工程师”
一个涡流协方差塔帮助研究人员测量亚利桑那州圣卡塔琳娜山脉的森林-大气气体和水的交换。Credit: Department of Environmental Science, University of Arizona
（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（作者：Jake Kerr and Rosemary Brandt, University of Arizona）：“临界区”这个名字可能会让人联想到20世纪80年代的动作惊悚氛围，但这是科学家用来指地球表面负责维持生命的区域。它是行星结构的一小部分，从地下水下方的基岩一直延伸到低层大气。
亚利桑那大学农业与生命科学学院环境科学系主任乔恩·乔罗夫说：“把它想象成地球的皮肤。”。“它有时被称为岩石与生命相遇的地带。”
乔罗弗说，大多数人甚至地质学家通常都不认为岩石是生命的基础，也不认为生命会改变岩石，但这触及了临界区科学的核心。
关键地带是一个相对较新的地球科学框架，它使各学科的研究人员能够更好地理解物理、化学和生物过程的微妙网络是如何结合在一起形成地球生命支持系统的。
作为一名生物地球化学家，整个系统方法是一种思维方式，对乔罗夫来说是自然而然的，他在职业生涯的大部分时间里致力于解开化学和矿物风化驱动从土壤微生物组到碳循环的一切进化的方式。
乔罗夫最近与北京北京大学博士后研究员钱芳一起发表了圣卡塔琳娜-杰梅兹河流域临界区观测站收集的近10年数据的结果，该观测站横跨新墨西哥州北部和亚利桑那州南部岩石盆地的海拔梯度和气候。
根据乔罗夫的说法，他们的发现为碳消耗微生物的活动和关键区域岩石向维持生命的土壤的转化提供了“确凿证据”。
露天生活实验室
在过去，测量矿物风化之类的东西通常不是那么令人兴奋，想象一下研究人员在实验室里打碎大块岩石，看着它在烧杯中溶解，但在自然生态系统中观察这一过程则是另一回事。
在Santa Catalina Jemez河流域临界区观测站，测量森林和大气之间水交换的塔、读取能量和气体传输的土壤探针以及其他一系列环境仪器为科学家提供了临界区内复杂系统的第一手视图。
该站点是美国国家科学基金会更大的关键区域观测站项目的一部分，与传统的实体观测站不同，该项目提供了一个由美国各地的科学仪器操纵的区域生态环境网络。
现场的温度、湿度和气体传感器每15分钟收集一次测量值，在汇编和关联数据后，“我们发现岩石风化形成土壤的速度与地下微生物组的活动之间存在着密切的关系，”Catalina Jemez天文台的首席研究员乔罗夫说。
打破岩石的生命周期
方说：“矿物、微生物和有机物是地球表面最重要的组成部分。”。“它们不断相互作用，为所有陆地生命提供营养、能量和适宜的生活环境。”
方解释说，临界区的这些矿物质不断受到微生物、有机酸和水的攻击。随着矿物质的分解，土壤中的微生物消耗新的有机物质，并将其转化为植物和其他微生物的饲料，同时释放二氧化碳。
先前的研究表明，当更多的“新鲜”有机物（如植物物质）被引入土壤系统时，土壤有机物的微生物分解可以得到促进。这一过程被土壤科学家称为“启动效应”。然而，矿物风化和微生物引发之间的关系仍不清楚。
方说：“我们的研究首次表明了这些重要的土壤过程是如何耦合的，这两个过程持续影响土壤形成、二氧化碳排放和全球气候。”。“这种联系甚至可能与长期的元素循环和地球上土壤碳和养分的快速周转有关。”
虽然很容易将植物和微生物的成功视为幸运的环境环境，但乔罗夫表示，这项研究证明，即使是临界区的最小部分也可以发挥重要作用。
乔罗夫说：“这表明，生命不仅仅是关键区域演化轨迹上的被动乘客，而是在决定地球表层演化方向和路径方面的主动工程师。”。
这项研究发表在《自然通讯》杂志上。
