深挖未来

十年前，在九博体育研究生院走廊上的一次偶然相遇，古生态学家杰森·麦克拉克兰（Jason McLachlan）在巴黎圣母院的温室里创造了一个类似侏罗纪公园的奇迹，在那里，成排的盐沼芦苇从100年前的种子中发芽。

McLachlan说，他和一位同事正试图找出在哪里可以找到一些含有古代DNA的泥土，这些DNA是在沉积物样本中发现的曾经有生命的生物的遗传痕迹。他们遇到了一个朋友，他正在九博体育研究东海岸从新泽西州到南卡罗来纳州的盐沼中盐分水平的变化。这位朋友说，他注意到，有百年历史的沉积物里，偶尔会有种子自发发芽。他没多想。

但这场讨论引发了一个灵光一现的时刻：当你可以得到让过去复活的种子，这样你就可以九博体育研究一个活的有机体时，为什么还要担心古代DNA呢？

十年后，McLachlan和他的团队种植了这些百年芦苇，以了解随着气候的持续变化，东海岸对风暴的反应。这些潮汐沼泽中的植物在保护海岸免受风暴侵蚀方面发挥着关键作用，因此它们的进化方式会对从海浪强度到在哪里建造海滩住宅等方方面面产生深远影响。

今年早些时候，巴黎圣母院有机地球化学家梅丽莎·伯克（Melissa Berke）加入了一个国际科学家小组，从印度洋海底采集了泥土样本，时间跨度大不相同——大约700万年。她九博体育研究的是自人类出现以来，洋流如何影响全球气候模式的变化。

对未来气候变化的预测只能与科学模型中的历史数据一样准确。McLachlan和Berke都在收集数据并进行分析，旨在改进这些预测模型。两者都在地下挖掘气候变化的有机证据；两者都通过九博体育研究过去来了解和预测气候的未来。

伯克说：“我们都在九博体育研究一些能够从旧材料中提取出来的东西，这些东西可以帮助我们重建那个时代的样子。”“如果你不了解地球及其系统是如何运作的，你几乎不可能预测未来会发生什么。我们对过去的理解可以告诉我们现在发生了什么，接下来可能会发生什么。”

伯克是巴黎圣母院环境变化倡议（ECI）下属的土木与环境工程与地球科学系的克莱尔·布斯·卢斯助理教授，他和一名九博体育研究生乘坐国际海洋发现计划（International Ocean Discovery Program）运营的一艘九博体育研究船进行了为期两个月的旅行。去年1月的这次旅行从印度洋的毛里求斯出发，沿着非洲东海岸，绕过非洲大陆南端，到达开普敦。

这条路线沿着强大的阿古拉斯海流，它沿着莫桑比克海峡携带着大量的温水。大部分的水都绕回印度洋，但显著的漩涡旋转并漂移到大西洋，成为异常温暖的水袋。阿古拉斯洋流和漩涡影响着从表面温度到风的海洋活动，影响着从非洲一直到美洲的天气模式——类似于北美经历来自太平洋的厄尔尼诺Niño的影响。

伯克说：“这些洋流都是全球传送带的一部分，这些传送带在世界各地的海洋中移动着水包。”“它们连接着非洲海岸和美国海岸。将水分拉到陆地上或大陆上的风模式的驱动力是海洋表面温度和环流变化。海洋状况对天气和气候都很重要。”

虽然天气是短期的，但伯克最感兴趣的是被称为气候变化的长期天气模式。更长的时间尺度使她能够九博体育研究主要的模式以及极端的干扰，如冰河期，看看生物是如何在这些事件后恢复或变化的。

为什么要追溯到700万年前？McLachlan引用了温斯顿·丘吉尔（Winston Churchill）的一句话：“你看得越远，你就可能看得越远。”

“你看得越远，你就可能看得越远。”

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Berke如何实现这些目标是项目变得更加技术化的地方。大约36名科学家在船上轮班工作12小时，从海底的目标地点采集了核心样本。这艘船上有钻探设备，可以将一根中空的管子深入海底，挖出数百英尺长的泥浆岩心。这些管子用塑料包裹，然后切成片供九博体育研究。

从不同的地点，该小组收集了总共6公里的海底泥浆，代表了700万年的时间——伯克称其位置和规模都是前所未有的。她在船上的任务是识别钻井时要避开的危险气体袋，并进行初步的化学分析，而她的九博体育研究生则是一名沉积学家，为每个样本撰写详细的描述。

她说：“这些岩芯样本为我们提供了过去发生的事情的良好记录。”“这些泥管里记录了很长一段时间。”

回到实验室，正式的样品终于在11月到达，Berke和她的学生进行了一系列的分离，以提取有机物质，即以前生命的组成部分。从这些来自藻类或陆地树木等海洋生物的标记物中，伯克可以得出与特定时期相关的样本深度的陆地和海洋的温度、降水和其他条件的结论。

该项目为期四年，从船上开始，并将通过发布数据和论文继续进行。第一步是确定过去的条件和变化是如何影响气候的。然后，过去的数据可以改进预测未来的模型。

“了解海洋中正在发生的事情不仅仅是一个深奥的学术问题，”伯克说。“它会进入天气预报和未来模型，告诉我们是什么导致了大风暴和主要的气候模式变化。”

McLachlan是生物科学系的副教授，他也隶属于ECI，九博体育研究植物种群以了解环境和生物变化。他对不同物种如何应对海平面上升、气温升高和二氧化碳增加等气候变化很感兴趣。

当他和一位同事听说盐沼种子时，他知道种植100岁的芦苇“将是回答气候变化时进化速度有多快的问题的好方法。”

沿海地区抵御风暴能力的预报模型考虑到了盐沼的重要性。这些草和莎草的床，在涨潮时被淹没，在退潮时陷入泥泞，驱散了汹涌的海浪，将二氧化碳困在泥浆中，并固定了土壤，使其免受冲刷。

但McLachlan说，这些模型并没有解释植物的进化变化。利用一些内部资金和奖学金，McLachlan和他的学生们在沼泽中挖出了大约一英尺深的沉积物样本。他们在泥土中筛选寻找可能存活的种子。

只有大约2%的芦苇种子能够复活。“一旦你让其中一颗古老的种子发芽，它就像来自过去的珍贵东西，所以我们真的把它们放在一起，帮助它们成长，”麦克拉克兰说。

九博体育研究小组发现的第一件事是，一个世纪前的植物在生理上与现代灯心草不同——茎宽、高度、颜色和密度等特征。然后，他们开始九博体育研究这些变化对它们如何发挥保护海岸的作用有什么影响。

他说：“如果我们采用现代种子，并把它们的表现放在模型中，海岸将被保存下来，直到海平面上升到一定程度。”“但如果我们使用更老的植物，那就不同了。这会影响他们的抵抗能力。”

早期的测试已经得出结论，这些植物的进化变化有影响，但McLachlan正在寻求国家科学基金会的资助，以确定新植物在海岸保护方面的表现是更好还是更差，以及应该采取什么措施。首先要更新预测模型，但下一步可能是管理沼泽中的植物种群。

“海岸系统已经在崩溃，”麦克拉克兰说。“如果海平面继续上升，我们不知道海岸有多大的弹性。我们有模型，但它们不包括过去的智慧。我们正试图将其引入模型，这样我们就能了解它们是如何应对重大变化的。”

灯心草的一个关键特征是它们可以克隆。植物长出粗粗的根，从根上长出另一根茎。因为这是同一种植物，具有相同的基因型，科学家们可以用这些复制品作为对照组进行一系列的实验。例如，他们可以比较新旧植物对二氧化碳、盐度或热量变化的反应有何不同。

事实上，机会是如此的成熟，以至于大约250名学习生物学的本科生在他们第一年的实验课上用这些植物进行了动手实验。这种安排说明了前沿九博体育研究如何能直接促进更好的课堂教学。学生们提出自己的问题，并进行自己为期一个月的实验，这些实验结合了遗传学、进化、生态学和全球变化生物学的元素。他们的数据是用于申请进一步资助的提案的一部分。

“这是生命的奇迹，看到这些很酷的小东西出现，并弄清楚是什么让它们茁壮成长或遭受苦难，”麦克拉克兰说。“这不是一个你知道结果会是什么的固定实验。亲手触摸这种古老的生物，看看100多年来进化是如何改变它的生物学特性的，真是太棒了。它就像孟德尔的豌豆，但不那么抽象。这些植物的区别就是南卡罗来纳海岸的生与死的区别。”