七君

氣候變化可以說是現(xiàn)在人類面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)了。近年來，不少研究者把希望寄托于我國(guó)古人在兩千年前使用的一種農(nóng)業(yè)黑科技，因?yàn)樗芸赡茉跀?shù)千萬年前讓地球快速降溫，冷到兩極都凍上了。地球目前兩極都是雪和冰，但是這種狀態(tài)在地球歷史上并不常見。

實(shí)際上在5500萬年前，地球的二氧化碳含量特別高，達(dá)到了2500-3500ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前400ppm的水平，因此這段時(shí)期也被叫作古新世-始新世極熱事件（Paleocene- Eocene Thermal Maximum）。

要知道，這么高濃度的二氧化碳讓北極憋出了亞熱帶氣候，氣溫也達(dá)到了12-15攝氏度。在那時(shí)的北極你甚至可以看到雨林和類似河馬的動(dòng)物。北極熱過的證據(jù)現(xiàn)在還留在那里。比如，在屬于北極群島的埃爾斯米爾島（Ellesmere Island ）上還可以找到當(dāng)時(shí)茂密森林的化石。

可是北極從什么時(shí)候開始變冷的呢？這就涉及地球史上的一個(gè)大謎團(tuán)了。

在古新世-始新世極熱事件之后的漸新世，地球大氣中的二氧化碳濃度驟然減少，隨之而來的就是大氣氣溫的降低，兩極也凍成現(xiàn)在這個(gè)樣子。換言之，地球突然從溫室變成了冰窟，研究者們被這種突然的變化打得措手不及，因此把這個(gè)時(shí)期稱為 “漸新世冰窖難題”（Oligocene Icehouse Conundrum）。

漸新世冰窖難題一直困擾著科學(xué)家們，但是2004年的一次北極科考活動(dòng)帶來了一個(gè)頗為合理的解釋，而這個(gè)解釋居然和我國(guó)古代的一種農(nóng)業(yè)技術(shù)有關(guān)。2004年，瑞典和俄國(guó)在北極組織了名為“北極沉積物芯遠(yuǎn)征”（the Arctic Coring Expedition）的科考項(xiàng)目。研究者們?cè)诔练e層里打洞，鉆取了數(shù)千萬年前北極風(fēng)貌的切片。

根據(jù)冰芯可以推測(cè)歷史上的地質(zhì)和氣候變化，比如這個(gè)來自南極洲的冰芯中的黑色部分是2萬年前的火山灰。

掃描電子顯微鏡下，北極沉積物中的滿江紅大孢子（B）和上面的鉤狀微觀結(jié)構(gòu)（D）。

滿江紅（左上）和共生的藍(lán)細(xì)菌（左下）

隨著實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)，科考隊(duì)獲得了漸新世冰窖早期的沉積物芯樣本。令他們意想不到的是，這數(shù)千層沉積物中出現(xiàn)了一種淡水蕨類植物——滿江紅（Azolla）。

等下，我國(guó)的著名戲曲詞牌名是一種古老的植物？是的，滿江紅的來頭可大了，很可能是先有滿江紅這種植物，才有的滿江紅這個(gè)詞牌名。

滿江紅也叫“紅萍”或“綠萍”（對(duì)對(duì)對(duì)就是一簾幽夢(mèng)的女主），是很常見的“水草”，它們?cè)谒娉善L(zhǎng)，在烈日下呈現(xiàn)出鮮紅的顏色，因此被取了這個(gè)霸氣的名字。你可以在很多地方看到它，但是你可能不知道它對(duì)我國(guó)先民的生計(jì)有多重要。實(shí)際上，滿江紅是水稻的神助攻，這就是為什么這種植物成了詞牌名，甚至被一些學(xué)者稱為“國(guó)寶”。

滿江紅對(duì)農(nóng)業(yè)的重要性在于它是豆科植物之外唯一被用于農(nóng)業(yè)固氮的生物，相當(dāng)于古代的氮肥了。春天農(nóng)戶在給稻田灌水的時(shí)候就會(huì)種上滿江紅。滿江紅的生長(zhǎng)速度極快，因此能遏制其他野草的長(zhǎng)勢(shì)。

在水稻生長(zhǎng)后期，由于水稻阻擋了陽光，滿江紅長(zhǎng)勢(shì)變差。而在收割水稻時(shí)，稻田的水被排空，滿江紅就會(huì)干死。滿江紅死后，它制造的含氮物質(zhì)就成了稻田的有機(jī)肥。

不過，滿江紅也不是獨(dú)自做到固氮這一點(diǎn)的，它也靠一種神助攻——魚腥藻屬的藍(lán)細(xì)菌（也叫藍(lán)藻或藍(lán)綠藻）Anabaena azollae。滿江紅的固氮技能點(diǎn)就是這種藍(lán)細(xì)菌賦予的。

這種藍(lán)細(xì)菌和滿江紅是共生關(guān)系。由于共同演化的歷史超過1.1億年，它的許多基因已經(jīng)丟失，或者直接被滿江紅的細(xì)胞核吞并了。因此，這種藍(lán)細(xì)菌無法脫離滿江紅生存。

因?yàn)樗{(lán)細(xì)菌的助力，滿江紅成為生長(zhǎng)最快的植物之一，只需兩天重量就可以翻番。藍(lán)細(xì)菌也讓滿江紅特別耐造：滿江紅只要3厘米深的水就能活。

最早意識(shí)到滿江紅固氮能力的是我國(guó)先民，中國(guó)古人用它當(dāng)肥料的歷史可追溯到2000年前。在2000年前的漢語詞典《爾雅》中就有滿江紅的記載。在公元540年賈思勰撰寫的《齊民要術(shù)》，以及明清的許多地方志中也出現(xiàn)了用滿江紅制作肥料，也就是“壅田”的技術(shù)。

比如，光緒二十四年（1898年）的《各省農(nóng)事述·浙江溫州》中記載：“屬各邑農(nóng)人，多蓄萍以壅田”，“夏至?xí)r萍爛，田水為之色變，養(yǎng)苗最為有益，久之與土質(zhì)化合，便為肥料?！边@里的萍指的就是滿江紅。

長(zhǎng)期研究滿江紅的美國(guó)猶他大學(xué)地質(zhì)學(xué)家 Jonathan Bujak 的介紹，隨著佛教的傳播，滿江紅被僧侶帶到了亞洲的其他地方。

比如，越南也有至少一千年的滿江紅種植歷史，滿江紅在越南叫作 Beo Giong。越南當(dāng)?shù)貍髡f認(rèn)為，滿江紅是越南國(guó)師阮明空在公元11世紀(jì)帶到越南的。不過，也有人認(rèn)為越南當(dāng)?shù)氐臐M江紅是越南女性 Ba Heng 培育的。由于滿江紅的重要作用，越南的許多村莊都建有紀(jì)念阮明空或 Ba Heng 的寺廟。

話說回來，雖然滿江紅很容易生長(zhǎng)，但是給滿江紅“留種”卻是一件很有技術(shù)壁壘的事。這是因?yàn)闈M江紅不耐寒也不耐高熱，因此讓滿江紅安全度過冬夏就成了古代的“黑科技”。

越南人甚至把滿江紅寵上了天。1980年，越南首位宇航員范遵就曾把滿江紅帶到太空做實(shí)驗(yàn)，第一代越南航天人希望用滿江紅來綠化地球人的地外殖民地。

在同一時(shí)期，我國(guó)政府也開始重視滿江紅的推廣。滿江紅中的抗凍品種細(xì)葉滿江紅（Azolla filiculoides）在這個(gè)年代被引入我國(guó)北方，接著被帶到美國(guó)，這讓相對(duì)寒冷的我國(guó)北方和北美地區(qū)也可以使用這種生物肥料了。

現(xiàn)在在亞洲，尤其是東南亞的許多地方還在稻田里種植滿江紅，包括印度、巴基斯坦、菲律賓、泰國(guó)。西非和南美洲的一些國(guó)家，比如厄瓜多爾也開始種植滿江紅了。

看到這里，你大致能了解為什么研究者們?cè)诒睒O看到滿江紅會(huì)感到驚奇了，因?yàn)闈M江紅是怕冷的淡水植物啊。然而北極冰芯卻顯示，在漸新世早期（約4800萬年前），滿江紅并不是零星分布在北極的沉積層里，而是制霸了北極洋面。其數(shù)量之多讓研究者們把這個(gè)地質(zhì)時(shí)代命名為“滿江紅事件”（Arctic Azolla Event）。

所以，滿江紅如何來到北極海面的呢？

2006年發(fā)表在 Nature 上的一項(xiàng)研究指出，當(dāng)時(shí)北極洋面的一層淡水為滿江紅創(chuàng)造了大量繁殖的條件，而這些滿江紅并不是河流帶來的，而是北極自己養(yǎng)肥的。海面可以有淡水層嗎？這種情況如今也存在，比如亞馬孫河就在大西洋上留下了數(shù)百上千米長(zhǎng)的淡水層。

而大約在4900萬年前，北極海域“與世隔絕”，被四周的大陸包圍了起來，和其他海洋斷絕了聯(lián)系，因此海水像死水潭那樣開始分層。這么一來，來自河流的淡水就可能長(zhǎng)期漂浮在咸水層上。由于海水分層，底部的生物因?yàn)槿毖醵饾u死去。由于沒有能分解滿江紅的水生生物，它們就能夠在海底沉積，直到被人類發(fā)現(xiàn)。

滿江紅事件大約持續(xù)了80萬年，它們的出現(xiàn)和消失都恰好卡在地球氣候變化的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)上。

對(duì)比滿江紅事件的初期和末期，大氣中的二氧化碳濃度（2500-3500ppm）被砍了一半。要知道在滿江紅事件之前，地球的溫度比21世紀(jì)還要熱。更巧的是，滿江紅事件結(jié)束后，北極海洋表面溫度迅速?gòu)?0攝氏度上升至13攝氏度。

不論滿江紅是不是氣候突變的原因，它已經(jīng)引起了研究者和世界各國(guó)的強(qiáng)烈興趣。一些研究者相信，好好利用這種生物的話，人類或許有能力遏制甚至逆轉(zhuǎn)全球變暖的趨勢(shì)。而世界各國(guó)的興趣則在于經(jīng)濟(jì)利益了。因?yàn)闈M江紅事件的發(fā)現(xiàn)讓不少國(guó)家猜測(cè)，北極海底可能蘊(yùn)藏著大量滿江紅形成的未開發(fā)的石油。滿江紅事件也因此掀起了對(duì)北極資源勘探的另一波熱潮。

不論是用滿江紅活體給地球降溫，還是用它們千萬年前的“尸體”繼續(xù)給石油工業(yè)續(xù)命，希望這種農(nóng)業(yè)“黑科技”能夠再次拯救人類吧。

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學(xué)帶回家”公眾號(hào)，有刪節(jié)）