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树皮微生物助力气候治理
树皮中的微生物可转化甲烷、氢气和一氧化碳等温室气体
生态系统与大气之间存在气体交换，这一过程会影响大气的化学成分与温度。痕量气体在大气中的浓度极低，却能产生重要影响。数十年来，土壤一直被认为是唯一能与大气进行痕量气体交换的表面。土壤中的水分会决定痕量气体的交换方向，甲烷尤为典型：土壤被水饱和时会释放甲烷，非饱和状态下则会吸收甲烷。尽管树皮的全球表面积约为1.43亿平方公里，几乎与全球陆地表面积相当，但树皮的生物地球化学过程——即由生命活动介导的、大气、水体与陆地间的化学循环和气体交换——却一直被彻底忽视。在本期《科学》第149页，梁博文等人发表研究称，树皮微生物可转化甲烷、氢气和一氧化碳，这一发现证实树皮是全球痕量气体动态变化的重要组成部分。
甲烷、氢气和一氧化碳均为痕量温室气体。甲烷会直接影响地球的能量平衡，而氢气和一氧化碳则通过延长甲烷在大气中的留存时间产生间接影响。在100年的时间尺度内，甲烷、氢气和一氧化碳的增温潜势分别是二氧化碳的27.9倍、12.8倍和3倍。自工业革命前至今，大气中的甲烷已导致全球气温上升0.5℃。氢气和一氧化碳的增温效应虽相对较小，但其浓度超标仍会加剧气候变暖。对冰川和冰盖冰芯中封存的气泡分析，可还原历史上大气中的一氧化碳浓度，这一数据也被用作工业革命前火灾活动的代用指标——火灾是一氧化碳的主要自然来源。然而，只有充分考虑痕量温室气体的所有主要排放源、吸收汇及其动态变化，才能对这类气体过去、当下和未来的大气浓度做出准确建模。
将气密室固定在树干上，可测定树木与大气间的温室气体通量。
树皮是木质组织的保护层，一棵普通大小的树木，其树皮中就可栖息上万亿个微生物。已知树皮中的细菌、藻类、真菌等微生物参与碳、氮元素的循环过程，但它们在全球大气甲烷清除中的作用，直到近期才被发现。在沼泽和泛滥平原地区，被水饱和的土壤会释放甲烷，甲烷被树木吸收后，还会通过维管系统在树体内运输并从树干再次释放。而这类湿地树木的树皮微生物能截留甲烷，减少树木的甲烷排放量。与之相反，在全球分布范围远大于湿地的山地森林中，树木是大气甲烷的重要吸收汇。此前，人们并不知道树皮除甲烷外，还能参与其他痕量温室气体的代谢过程。
研究人员采集了澳大利亚6种沿海和湿地树种、以及2种生长在山地排水性良好土壤中的桉树的树皮样本，通过对样本中的微生物进行基因组测序，确定了其中的微生物种类。他们还利用安装在树干上的气密室测定痕量气体通量，并在实验室中培养树皮样本，测定微生物在不同条件下转化气体的潜在能力。这些综合数据让研究人员得以分析单株树木中痕量气体的生物地球化学过程。研究发现，树皮中栖息着大量微生物，每平方米树皮中的细菌数量超6万亿，其中包括参与甲烷、氢气和一氧化碳循环的菌种。值得注意的是，许多这类微生物具备代谢灵活性：在低氧环境中（如土壤被水饱和时或夜间），它们会释放这些气体；而在氧气充足时（如白天），则会吸收这些气体。
研究人员在树皮中发现，湿地树木的树皮内，既有参与甲烷转运、同时能产生和利用甲烷的微生物；山地树木的树皮中，则存在吸收大气甲烷的微生物。梁博文等人还估算，树木微生物每年从大气中吸收的氢气约达100万吨。树木对大气一氧化碳浓度的影响则更为复杂：尽管树木的下部会释放一氧化碳（这一气体大概率来源于土壤），但与甲烷的情况类似，山地树木整体上可能是一氧化碳的吸收汇。
图示说明：树木对温室气体的影响
在土壤排水性良好的山地森林中，大气是甲烷、一氧化碳和氢气的主要来源，这些气体会被树皮微生物吸收；在沼泽和泛滥平原地区，树皮微生物虽能吸收大气中的甲烷、一氧化碳和氢气，但被水饱和的土壤也会产生这两种气体，它们通过树木根系进入树体。树皮微生物能减少湿地树木的甲烷和一氧化碳排放，但这类森林仍是这两种气体的净排放源。尽管山地森林的全球分布面积大于湿地森林，但树木究竟是这三种温室气体的全球净吸收汇还是净排放源，目前仍未明确。
未来的研究应突破本研究涉及的少量树种和有限地理范围，进一步探究树木作为痕量气体排放源和吸收汇的作用。树皮的生物地球化学过程，也为基于自然的气候治理提供了新契机。例如，培育并引入经优化的树皮微生物群落，使其更倾向于吸收而非释放痕量气体，或能增强树木对气候的积极调节作用。森林砍伐、气温升高、气候干旱以及大气二氧化碳浓度升高，均可能从强度和方向上改变全球痕量气体的动态变化——即让气体交换偏向净吸收或净排放。
甲烷、氢气和一氧化碳在大气中的留存时间均不超过10年，因此，增强这些气体的吸收汇能力，有望快速且大规模地带来气候治理效益。梁博文等人的研究进一步印证了保护和扩大森林面积的必要性：与土壤不同，树皮作为高效转化痕量气体的微生物栖息地，只需让遭砍伐的土地获得自然恢复的时间，就能实现面积的扩张。在这片少有人关注的区域，梁博文等人发现了具有重要生物地球化学意义的多样生命形式，而这一领域，也值得更多研究者深入探索。
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