【菜科解读】

20摄氏度似乎是地球上生命茁壮成长的最佳温度：这在一个变暖的世界意味着什么。

信用:uux.cn/Unsplash/CC0公共领域据对话（马克·约翰·科斯特洛和罗斯·科克里）：你有没有想过地球生命的最佳温度？对人类来说，20℃是舒适的。

任何温度升高都会降低我们的工作效率，因为释放热量需要能量。

我们知道许多物种可以在比人类更冷或更暖的温度下生存。

但我们对已发表研究的系统综述发现，生活在空气和水中的动物、植物和微生物的热范围在20摄氏度时重叠。

这可能是巧合吗？对于所有物种来说，与温度的关系是一条不对称的钟形曲线。

这意味着生物过程随着温度的升高而增加，达到最大值，然后在太热时迅速下降。

最近，一个新西兰研究小组注意到，海洋物种的数量并没有像人们通常认为的那样在赤道达到峰值。

相反，这一数字有所下降，在亚热带地区达到峰值。

后续研究表明，自大约2万年前的最后一次冰河时期以来，这种下降越来越深。

由于全球海洋变暖，它的加深速度更快。

当物种数量与年平均温度相对比时，温度下降了20摄氏度以上。

这是第二个巧合吗？生物过程和生物多样性塔斯马尼亚岛的研究模拟了微生物和多细胞生物的生长速度，发现其生物过程最稳定的温度也是20摄氏度。

这个科克里模型建立在其他研究的基础上，这些研究表明20℃是生物分子最稳定的温度。

第三个巧合？我们与来自加拿大、苏格兰、德国、香港和台湾的同事合作，寻找温度如何影响生命的一般模式。

令我们惊讶的是，我们到处都发现，事实上，20°C是衡量生物多样性的关键温度，不仅对海洋物种如此。

实例表明，温度高于20°C左右会导致各种关键指标下降:海洋和淡水物种对低氧的耐受性海洋浮游生物（开阔水域生物）和海底生物（海底生物）的藻类生产力和鱼类对饵料的捕食率远洋鱼类、浮游生物、底栖无脊椎动物和化石软体动物的全球物种丰富性和基因多样性。

当温度超过20摄氏度时，化石记录中的物种灭绝也有所增加。

物种丰富度增加在全球范围内，珊瑚鱼和无脊椎动物生活的温度范围在地理分布以20℃为中心的物种中最窄。

在微生物中也可以看到同样的效果。

虽然许多物种已经进化到在更温暖和更寒冷的温度下生活，但大多数物种生活在20摄氏度。

此外，化石记录中的灭绝——包括海绵、灯壳、软体动物、海垫（苔藓虫）、海星和海胆、蠕虫和甲壳类动物——在20摄氏度下的灭绝率较低。

随着物种进化到生活在20°C以上和以下的温度，它们的热生态位变得更宽。

这意味着即使它们居住在更热或更冷的地方，大多数仍然可以生活在20摄氏度。

数学科克里模型预测，在20摄氏度时，热宽度应最小化，生物过程最稳定和有效。

反过来，这将最大限度地提高所有生命领域的物种丰富度，从细菌到多细胞植物和动物。

因此，该模型为这种20℃效应提供了理论解释。

预测气候变化的影响生命似乎集中在20摄氏度左右，这意味着热带物种适应更高温度的能力受到了根本性的限制。

只要物种能够改变它们的活动范围以适应全球变暖，20摄氏度的效应意味着物种丰富度将在当地每年平均增加20摄氏度。

超过这一水平，丰富度将下降。

这意味着许多能够通过改变地理分布来适应全球变暖的海洋物种不太可能因气候变化而灭绝。

然而，由于城市、农业和其他人类基础设施改变了地貌，陆地物种可能无法轻易改变它们的地理分布。

20°C效应是对上述现象的最简单解释，包括:物种丰富度和遗传多样性随温度变化的趋势；

化石记录中的灭绝率；

生物生产力；

最佳增长率；

和海洋捕食率。

尽管多细胞物种很复杂，但值得注意的是，细胞水平的温度效率也反映在生物多样性的其他方面。

确切地说，为什么20℃对细胞过程至关重要且节能，这可能是由于水与细胞相关的分子特性。

这些特性也可能是为什么~42摄氏度似乎是大多数物种的绝对极限。

全球3/4人口缺水？地球步入“水资源破产”时代

伊拉克南部的哈维宰沼泽原本因长期干旱而逐渐干涸。

（新华社/发） 报告发现，全球70%的主要含水层正在萎缩，且很多变化不可逆转。

据调查，世界上很多地区不仅超额支取雨水和融雪带来的年度“收入”，还在不断透支那些需要数千年才能回补的地下水“储蓄”。

这主要由农业发展以及城市向干旱地区扩张导致，而气候变化让这些本就缺水的地方愈发干旱。

在土耳其，过度抽取地下水已导致近700处出现塌陷坑。

该报告作者，联合国大学水、环境与健康研究所的卡维赫·马达尼说：“如今，作为人类水资源‘活期账户’的地表水已经见底。

我们从祖先那里继承的‘储蓄账户’——地下水、冰川等，也几乎被挥霍一空。

世界各地都已出现‘水资源破产’的迹象。

” 据统计，目前全球大约有40亿人每年至少遭遇一个月的缺水危机，而这进一步加剧了移民潮、地区冲突和社会动荡。

去年，伊朗经历了50年来最干旱的秋季。

大量用于农业的大坝和水井，几乎吸干了曾是中东地区最大湖泊的乌鲁米耶湖，也让伊朗全国的地下水储备濒临枯竭。

为此，伊朗政府甚至提出要疏散首都德黑兰的居民，并尝试通过人工降雨来增加降水量。

科罗拉多河的流量20年间锐减了20%。

在美国，科罗拉多河的流量过去20年间锐减了约20%，主要原因是降水减少与蒸发加剧。

这条河除了被洛杉矶等城市作为饮用水来源，其河水还被大量引入农田用于种植家畜饲料。

与越来越多的河流一样，现在的它已无力奔赴大海。

研究表明，提高农业用水效率的技术，比如滴灌、喷灌，反而可能增加总耗水量。

原因在于精准灌溉能让作物充分吸收水分，而传统的大水漫灌后，多余的水还能流回河道。

因此，有专家提出必须削减农业的总用水量，因为它占到全球水资源消耗量的70%。

然而，全球有一半粮食产自水资源储量持续下降的地区。

缩减农业用水规模，将倒逼各国推进经济多元化转型。

目前，全球超10亿人依靠农业维持生计，其中大多数人生活在低收入国家。

即使在多雨地区，水资源也正面临新的威胁：数据中心在大量消耗水资源，工业废水、生活污水、化肥和粪便则在持续污染水体。

过去几十年，因被改作农田而消失的湿地面积与欧盟相当，这让全球在防洪、粮食生产和碳储存等生态系统服务方面，付出了约5.1万亿美元的沉重代价。

在大多数情况下，枯竭的河流、湖泊、湿地和含水层，再也难以恢复原有水文状态。

而冰川持续消融与消失，将导致数亿人的供水短缺。

马达尼认为，人类必须更好管理水资源，在此之前，大多数国家需要先摸清家底，核算其水资源储量与用水总量。

科学家使用特殊方法首次探测“超级地球”表面，结果很离谱

科学家称，韦布太空望远镜的观测结果显示，一颗所谓的“超级地球”其表面看起来实际上可能与水星更为相似。

NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington LHS 3844 b是一颗比地球大30%的系外行星，也是一颗所谓的“超级地球”。

近日天文学家动用韦布望远镜，对这个距离我们约50光年的行星进行了首次表面热特征分析。

与以往进行的大气研究不同，这是人类首次对系外行星的表面进行直接分析。

分析结果出人意料，这个“超级地球”几乎毫无地球特色。

LHS 3844 b是一个拥有深色表面的荒芜世界，没有大气。

在某种程度上和太阳系的水星倒有些相似。

发现于2019年的LHS 3844 b环绕一颗低温红矮星运行，其一年只相当于11个地球日，且已被潮汐锁定——它的一个半球将永远朝向它的恒星，就像月球永远只用它的一个半球朝向地球一样。

因此，它的永昼面温度理论上可达725℃。

来自马克斯･普朗克研究所的Laura Kreidberg等科学家2023年和2024年在LHS 3844 b运行到恒星后方时对其进行了3次观测，他们使用韦布望远镜的中红外探测仪，对恒星炽热昼面产生的红外线进行了测量，并据此对它的表面特征进行了分析。

相关论文发表在今年5月4日的《自然：天文学》上。

通过与地球、月球和火星的已知矿物进行光谱比对，研究人员发现这颗行星的表面与富含硅和花岗岩的地球不同。

在地球上，地壳的形成通常与水推动的地质进程和板块运动有关，这会导致岩石发生循环，并使浅色的矿物上升到地表；

而LHS 3844 b的表面主要由玄武岩构成——玄武岩是一种深色火山岩，富含铁和镁，在月球和水星表面十分常见。

研究人员表示，在这颗行星表面，水十分稀少。

导致这一结果的原因尚不可知。

一种可能的情形是，LHS 3844 b的表面相对年轻，它可能被新近的火山活动重塑过，且还未被微陨石的撞击破坏。

但是此类过程会释放出二氧化碳或二氧化硫，而韦布并未探测到这些气体。

另一种可能是，这颗行星表面覆盖着一层厚厚的深色颗粒物。

这些颗粒物是在辐射和陨石撞击下，并且经历了漫长的岁月之后形成的——与月球或水星表面的情况相似。

如果没有大气层保护，行星表面会特别容易受到这种影响。

这一过程被称为“空间风化（space weathering）”，它会导致岩石分解，并使其颜色变得越来越深。

而这种情形需要行星表面在较长时间内保持地质稳定。

研究人员计划未来使用韦布进一步判断LHS 3844 b的表面特性，比如其表面岩石的状态是否相对完整，还是已经松散和风化。

参考 Astronomers Explore the Surface Composition of a Nearby Super-Earth https://www.cfa.harvard.edu/news/astronomers-explore-surface-composition-nearby-super-earth The dark and featureless surface of rocky exoplanet LHS 3844 b from JWST mid-infrared spectroscopy