摘要：随着全球气候变暖、冰川消融，不同历史时期封存于青藏高原冰川的微生物可能会向下游释放，这一现象是否会如同开启“潘多拉的魔盒”般引发未知的风险，已经成为公众普遍担忧的问题，也是兰州大学泛第三极环境中心团队一直关注的课题。

2019年珠峰科考负重跨越冰塔林

2020年枪勇冰川冰前湖开展湖泊取样工作

2023年在普若岗日冰原8号冰川末端进行冰芯钻取

钻取冰芯

青藏高原，这片被称为“地球第三极”的神秘土地，不仅是冰川、冻土和河流的故乡，更是微生物的“隐秘王国”。

随着全球气候变暖、冰川消融，不同历史时期封存于青藏高原冰川的微生物可能会向下游释放，这一现象是否会如同开启“潘多拉的魔盒”般引发未知的风险，已经成为公众普遍担忧的问题，也是兰州大学泛第三极环境中心团队一直关注的课题。

为服务国家重大科技战略、推动学校事业发展， 2021年5月27日，兰州大学泛第三极环境中心成立。由中国科学院院士姚檀栋担任主任，目前成员有刘勇勤、计慕侃、刘军志、刘鹏飞、朱美林5位教授，4位青年研究员等70余位师生。包括生物地球化学循环团队和冰川变化及影响团队。

自中心成立以来，团队在科研和人才建设方面取得了显著成就，陆续有多位核心成员入选国家重要人才计划。团队也成为全球冰川微生物研究领域排名前三的中国团队。

团队凭借长期研究积累，构建了全球首个冰川微生物基因数据集，首次勾画了冰川微生物基因全貌。该数据集包含来自青藏高原21条冰川不同生境30个门的3241种微生物，还包含了2500万条以上的微生物基因。这是团队负责人刘勇勤在师从姚檀栋院士后，在其开辟的冰川微生物领域深耕多年的成果。发表于Nature Biotechnology后，国际地球微生物组计划负责人认为该工作可为多学科研究提供支撑，是挖掘冰川微生物资源的宝库，也是研究冰川在气候变化影响下对生态系统和生物多样性影响的重要基石。

团队还首次恢复了高分辨率冰芯微生物与气候变化记录，揭示了三极冰川DNA病毒多样性及其辅助宿主适应环境机制等。相关成果发表在Science Bulletin等国际顶级期刊上，研究工作推动了我国冰川微生物与气候变化、冰冻圈生物地球化学循环的发展，为人类解决环境、能源和健康等重大问题提供了新思路。

“冰川中微生物的基因新颖性很高，尤其在毒素基因和抗性基因方面与已知的基因序列有比较大的差异。这种新颖性是否意味着更高的风险？对于原本不致病的微生物或者下游生态系统的健康有什么影响？这些都需要我们进一步评估。”计慕侃说。“在全球变暖冰川消融加速的大背景下，冰川中释放的微生物对下游生态系统的影响是多方面的，除社会各界关注的病毒和致病菌引起的健康问题外，还有对下游河流、湖泊、土壤的碳氮循环及温室气体排放等多方面的影响，冰川微生物，这些在宏大高原上是不为人所见、少被人所知的微小生物，但在全球变化研究及青藏高原生态屏障建设中都具有重要的意义。”刘勇勤进一步补充说。

跨学科视野看“三极”

2021年3月，学校开始筹备组建泛第三极环境中心，引进团队4位教授。“我们最早入职的四位老师之前与兰州大学并无直接关联，但在办理入职手续等环节时，整个过程都非常顺利。人才办、人力资源部等部门都一路给我们开辟了绿色通道，以我们没想到的速度解决了我们的入职和住处等相关问题，让我们很快进入科研状态。”正如从美国科罗拉多州立大学加入兰大的刘鹏飞所感慨的那样，尽管人们常说“万事开头难”，但这次的开局却格外顺畅。

“学校把原来的教室改造成我们的实验室仅花了三个多月的时间，我们在和不同的职能部门对接过程中，几乎没有遇到什么阻力，包括实验室的装修、仪器设备购置、水电改造都很顺利而且速度很快。”刘鹏飞觉得不可思议，实验室从5月份开始启动，8月份已经投入使用。

中心的实验室目前具备一流的实验条件，包括200平方米冰芯冻土样品库和80平方米超洁净空间，以及纳米二次离子探针、质谱仪、MAT253plus同位素分析仪等先进仪器设备。

硬件设施的完备为团队提供了坚实的科研保障，也让团队更有信心和动力去完成科研使命。

2022年在中国科学院纳木错综合观测研究站临时实验室开展细菌日周期实验

团队办公室墙上挂着的泛第三极地区的地图和冰川照片，也时刻提醒着团队成员肩负的使命——面向国家重大需求，探索三极极端环境多圈层物质与能量循环及其与气候环境变化的耦合机制，揭示全球变化对生态系统关键过程、生态安全和人类健康的影响。

也正因为这个使命，泛第三极环境中心的科研队伍组建之初，就是一支多学科交叉的队伍，其研究方向涵盖了地理学、生态学、大气科学、地质学、微生物学等多个领域。

“过去，不断细化的学科分类使得研究者们把地球分成很多个具体的‘小块’深入研究。大气科学专业的研究者研究大气圈，水文学家研究水圈，生物学家研究生物圈，而现在，面临越来越多综合性问题，研究者要研究各个圈层的相互作用，把地球当作一个整体来对待，才能更好地探索前沿科学问题，服务国家和区域可持续发展。”刘军志介绍说。

“团队中每个人有不同的科学关注点，刘勇勤一直专注于冰川湖泊中微生物与气候变化的关系，计慕侃关注冰川前缘土壤里的微生物与碳循环。刘鹏飞一直在研究厌氧环境的生物生存机制，他的研究核心主要是高寒湿地和沉积物等厌氧环境。我的任务是水文和碳氮循环模型，除了编写代码，还需去野外架设观测仪器，观测流量，采集河湖水样测定碳氮含量用于模型验证。青年研究员们各有所长，张蔚珍重点关注冰川的藻类生产力、毛冠男评估冰川微生物的生态安全风险、余涛开发冰川微生物资源、幸赞品努力更准确地刻画冻土中的水和碳循环。”刘军志熟练地介绍着团队内大家的分工。

从冰川，到冰前湖，再到冰川前缘土壤，一直到冰川下游，团队在不同空间梯度上完成系统采样，对研究地点进行“全身扫描”。

“每个学者的研究方向不同，关注的点也不一样，我们在共同完成青藏高原研究的‘拼图’。”刘军志总结道。

用勇气和执着丈量“三极”

科考工作是泛第三极环境中心团队探索“三极”微生物奥秘的关键一步。队员们在科考前都会接受野外科考培训。虽然做足了理论准备和心理准备，严峻的自然环境还是给师生们带来了严峻的挑战。

身着厚重的防寒服，但寒意仍如针般刺入骨髓；缺氧带来的头痛如影随形，每一次呼吸都像是在费力拉扯破旧风箱；凛冽的寒风在耳边呼啸不止，裹挟着雪粒如利刃般割面；背着沉重的设备，在高低不平的冰原和崎岖蜿蜒的山路间蹒跚前行，稍有不慎就可能陷入冰缝，身陷危机……这是泛第三极环境中心团队在野外科考时平常而又普通的一天。

以冰芯钻取为例：冰芯是冰川研究的样本，更是地球气候变化的记录者。为了能够获取完整记录历史气候和环境信息、且具备污染较少，数据更准确的冰芯，队员们常常需要携带几十公斤重的物资和设备前往海拔最高处的积累区进行冰芯钻取工作。且出于冰层稳定性和设备散热性能的考虑，科考队员需要在最寒冷的夜晚，彻夜完成冰芯钻取工作。

“团队不少人的高原反应还是非常严重，即使上过好几次高原的人，头昏脑沉、呼吸不畅、食欲不振的情况也非常普遍。但是我们能够克服身体的不适，坚持按时按量完成科考工作。”计慕侃说。

凭借着“身体好、肯吃苦”，汪文强的野外能力在团队内受到大家认可，是年轻人中出野外时间最长的成员。参加科考工作以来，他从海拔2000米的“平原”挺进6500米的珠峰，从最开始吃力吸气到低氧下“顺畅”呼吸，从负重为零艰难前行到负重30~40公斤正常行进，从爬冰川耗时5个多小时到2个多小时……青藏高原的风霜印记已经深深镌刻在了这个年轻人的身上，他也亲切地称呼它们为冰川“朋友”。

2020年藏东南科考之余召开党员生活会

正在建设中的西藏察隅野外台站

科考活动根据观测目标和站点远近及任务量大小，短则三四天，长则需要两三个月。

为能够实现长期、连续的环境数据采集，泛第三极环境中心团队在学校的大力支持下，积极开展野外台站建设。正在建设中的兰州大学科学观测中心台站——察隅季风通道多圈层变化过程西藏自治区野外科学观测研究站将为团队的野外科考提供有力支撑。

察隅静卧于青藏高原东南部的高山峡谷区。从1300米的温润谷地，到6000米的皑皑雪山，有完整的植被垂直带谱。察隅的周边是我国最大的原始森林，为碳汇研究提供了丰富的样本。察隅还是印度季风通道上的生态安全“哨兵”。季风来临的季节里，从南亚往青藏高原吹来的季风，裹挟着各种污染物，察隅是它们踏上高原的第一站。

过去，李吉均、姚檀栋两位院士曾多次深入察隅的阿扎冰川开展科考工作。阿扎冰川作为海洋性冰川，目前消融的速度异常之快，也为团队的研究提供了宝贵样本。

如今，跟随着前辈的步伐，泛第三极环境中心团队在察隅的不同海拔高度设立气象观测站，进行气象垂直梯度的观测；穿梭在原始森林与山间谷地进行系统的土壤采样；奔赴阿扎冰川及周边区域冰川对冰川系统进行全方位观测。

探索“三极”的新生力量

泛第三极环境中心不仅是科研攻坚的主阵地，也是孕育人才的沃土。团队中一批又一批青年，带着对前路的期待与好奇，搭载科考皮卡车登上了这片离天空最近的土地。

“从白天到黑夜赶路都是家常便饭。”这是2022级生态学专业硕士研究生张译元拍摄的vlog里的一句话，而相应的画面，是赶路时拍摄的晚霞。

2023年8月，张译元参与了为期两个月零九天的湖泊大野外考察。从北拉镇前往尼玛县时，为了及时赶到站点，团队顾不上休息，只得摸黑赶路。“夜路的黑暗和不确定性要求我们每个人都要保持每一秒的全神贯注，因此我们拿着对讲机一路唱歌，甚至在雨中跳舞。这是来自团队的幸福感。”张译元说。

“珠峰海拔极高，环境极其恶劣，可能前一秒阳光明媚，下一秒就狂风暴雨。”在张译元入学的那一年，博士研究生刘阳已参加了“巅峰使命2022——珠峰极高海拔地区综合科学考察研究”，那一年，她在珠峰大本营，度过了五四青年节。

当时，团队每天都需要在珠峰不同海拔高度采集冰、雪、大气、土壤、径流、湖泊等不同环境中的微生物样品，采集范围最高达到6500米。“天气冷，海拔高，含氧量极低，平时走路快一些都会喘，更别说拿着仪器采样、负重。”虽然身体不适，但刘阳坚持了下来。

20天左右的科考活动，让刘阳打消了对高原反应的恐惧：“离开城市的喧嚣和快节奏，更能让自己冷静、放松下来，也能更清晰地去思考自己的研究问题。”

中心非常重视对研究生的培养，虽然他们都是分布在各个学院，但是都在中心集中管理。“我们尤其重视在实践中育人，学生每年都有大量的野外工作，学生通过应对复杂环境、团队合作和科研挑战，在多方面获得成长。我们的研究生目前已经发表了多篇高水平的文章，取得了很好的成果。”刘勇勤自豪地说。

对于渴望深入参与泛第三极环境中心科研过程的本科生而言，“翱翔三极”英才计划为他们敞开了一扇大门。

通过“翱翔三极”英才计划选拔的学生可以提前进入中心，在老师们的指导下学习，进行科研训练。“项目的执行周期为2年，从制定研究计划，到中期检查再到撰写结题报告，都有中心的老师手把手地指导。”刘勇勤说。

2024年6月，2023级生态学院生态学专业的黄蕊蕊同学通过了“翱翔三极”英才计划的选拔。她参加的是刘鹏飞老师指导的《产甲烷抑制剂对高寒湿地产甲烷过程和微生物群落的影响研究》项目。“刘老师在实验开始之前就给我们推荐很多文献，指导我们每周的文献汇报，实验过程中也帮助我了解一些基础的微生物特别是产甲烷古菌的知识。”黄蕊蕊说。

正是因为参加了“翱翔三极”英才计划，黄蕊蕊更加明晰了自己的学业规划。

截至目前，“翱翔三极”英才计划项目已经有19个课题立项，共资助和指导53名本科生做自己喜欢的科研项目。

为普及生物地球循环知识，吸引更多学生关注泛第三极环境问题，中心于2024年春季学期开设了《生物地球循环》通识课。“《生物地球循环》的内容是一个非常庞大的体系，由中心的各个老师共同完成授课，每个老师负责各自擅长的部分，我们也会邀请领域内的顶尖专家，给兰大学子们准备了一份学术盛宴。”计慕侃介绍说。

团队希望这个课程可以为本科生打造一个接触国际顶尖科研人员、知悉前沿科研成果的渠道，为他们未来的科研方向提供启发和思路。

立足前沿，践行“三极”使命

兰州大学泛第三极环境中心的办公室里，悬挂着一块“第二次青藏高原综合科学考察研究甘肃办公室”的牌匾。

作为第二次青藏科考的重要参与者与推动者，兰州大学泛第三极环境中心凭借其深厚的科研积累和专业团队，在科考进程中承担多项关键任务，为科考项目提供了前沿的研究思路、先进的技术支持与海量的一手数据，极大地助力了科考目标的达成。

“第二次青藏科考是中心的重要工作。除中心的力量外，我们也组织了校内外的优势力量来共同工作。”刘勇勤说。作为任务五微生物专题的主要负责人，刘勇勤带领团队探查青藏高原上的各路“神经”，对冰川、湖泊、土壤、河流等各种自然生境以及动物肠道和人体相关的微生物进行深入的调查。

依托第二次青藏高原科考计划，泛第三极环境样品与数据库现有样品5000余件，初步实现了青藏高原全域全生境覆盖，包含青藏高原冰川、湖泊、河流、土壤等多圈层微生物测序数据和环境因素的数据超过1万个，数据量达30T。

采集到的样品会被分成两大部分。现有技术方法可能无法揭示一些未被认知的规律，因此，部分样本会被先行储存在冷库中保存。“我们秉承二次科考的宗旨，让科考的成果能够留得下来、用得起来。”刘鹏飞介绍说。

2022年在巅峰使命-珠峰极高海拔科考中采集冰川前缘土壤样

在服务国家重大战略方面，泛第三极环境中心团队不仅承担了科考的任务，在《中华人民共和国青藏高原生态保护法》的立法的过程中，团队也积极参与其中。“相关部门向我们征集了建议，特别是在微生物领域，我们也积极提供了一些研究成果和思路为政策制定建言献策。”刘勇勤介绍说。

2022年12月，联合国大会通过决议，宣布2025年为国际冰川保护年，并将每年的3月21日定为世界冰川日，以此凝聚全球力量，倡导政策变革，推动切实可行的可持续保护措施落地，守护地球生态的关键防线。

第一个世界冰川日即将到来之际，泛第三极环境中心积极举办“2025国际冰川年：守护冰封瑰宝，共筑未来希望”科普作品大赛活动，旨在提升公众对冰川重要性的认知。

也在此时，“三极”上冰雪渐融、大地初醒，又快要进入一年中的登山黄金窗口期。新一轮的机遇与挑战在那片广袤无垠的大地上等待着泛第三极环境中心的师生们继续去探索。

兰州大学泛第三极环境中心冰川微生物科考分队

来源：兰州大学