海洋生态系统的基础食物来源主要依赖浮游植物。作为磷虾、海螺、小型鱼类和水母等生物的重要食物，浮游植物的变化可能影响更高营养级的捕食者，包括人类。

麻省理工学院（MIT）科学家在《自然气候变化》发表的一项研究指出，随着气候变化推进，浮游植物的组成及海洋基础食物结构可能出现显著调整。研究团队报告称，在未来一个世纪海面温度上升的背景下，极地浮游植物可能通过适应性变化降低蛋白质含量、提高碳水化合物含量，并表现为整体营养成分下降。

研究结论来自一套新模型的模拟结果。该模型用于评估浮游植物对海洋温度、环流以及海冰覆盖变化的组成响应。在一个假设人类温室气体排放持续至2100年的情景中，团队发现海洋条件变化，尤其是极地地区的变化，可能使浮游植物蛋白质与碳水化合物及脂质之间的比例发生约20%的调整。研究人员同时分析了过去几十年的观测数据，并表示已在现实样本中看到与模型结果一致的变化迹象。

论文首席作者、MIT博士后Shlomit Sharoni表示，极地海域正朝着一种“快餐式”海洋的方向变化；按模型预测，到本世纪末海洋表层的营养组成将与当前明显不同。

该研究合著者包括MIT的Mick Follows、Stephanie Dutkiewicz和Oliver Jahn；罗德岛大学的Keisuke Inomura；加拿大哈利法克斯达尔豪斯大学的Zoe Finkel、Andrew Irwin和Mohammad Amirian；以及加州大学戴维斯分校的Erwan Monier。

浮游植物主要分布在海洋上层受光层，通过光合作用生长，依赖阳光、大气二氧化碳以及由深海上涌带来的氮、铁等营养物质。研究团队指出，既往关于气候变化影响浮游植物的研究多聚焦于海温上升对种群数量的影响，而对其营养组成是否以及如何变化的认识相对有限。

为量化浮游植物在不同环境下的营养结构变化，研究人员将实验室数据与模型模拟结合。团队利用与达尔豪斯大学合作者开展的实验结果，梳理浮游植物在水温、光照和营养物质变化时，蛋白质、碳水化合物等大分子比例的调整规律，并据此建立定量模型，模拟浮游植物在不同光照与营养条件下如何改变蛋白质与碳水化合物的比例。随后，Sharoni与Inomura将该模型与MIT此前开发的海洋环流与动力学模型耦合，用于模拟不同气候情景下全球海域浮游植物组成的变化。

在对当前气候条件的模拟中，模型预测浮游植物细胞内蛋白质占比略高于一半，其余为碳水化合物与脂质的混合物；这一结果与观测相符。模型还显示，极地地区浮游植物蛋白质含量略高。研究人员认为，这可能与海冰覆盖限制光照有关：在光照较弱条件下，浮游植物可能通过增加光捕获蛋白来提高对光的利用效率。

在未来情景模拟中，研究团队设定持续排放温室气体至2100年，海面温度上升3摄氏度、海冰覆盖显著减少，同时更高温度将限制海洋环流及深海营养物质上涌。在该情景下，模型预测极地浮游植物种群将显著增长，这与早期研究结论一致；但在组成方面，模型给出的结果是极地浮游植物将从相对“蛋白质丰富”转向以碳水化合物和脂质为主。研究人员解释称，海冰减少使光照更易被吸收，从而降低了对光捕获蛋白的需求。模型预测极地浮游植物蛋白质含量最多可下降30%，碳水化合物和脂质比例相应上升。

研究团队表示，目前尚不清楚碳水化合物和脂质含量较高的浮游植物占比上升将如何影响海洋食物网。论文提到，蛋白质减少可能使部分生物承受压力，但对依靠脂质储备度过冬季的生物而言，变化也可能带来不同影响。

除极地外，团队还模拟了亚热带及较高纬度海域。模型预测这些区域浮游植物种群将减少50%，其组成也会发生变化。研究人员指出，随着温度升高、环流减缓，深海营养物质上涌受限，亚热带浮游植物可能需要下移至更深水层，以在获取足够阳光与营养之间取得平衡；在这种条件下，其组成可能转向略微更“蛋白质丰富”的状态。

从全球平均来看，研究认为在气候变化驱动的种群变化背景下，浮游植物整体组成可能朝着碳水化合物占比更高、营养成分较低的方向转变。

研究人员还表示，其模型结果与其他科学家此前在北极和南极采集的有限实地样本相符：样本显示过去几十年浮游植物组成已更偏向碳水化合物和脂质，与变暖情景下的模型预测一致。Follows表示，现有数据表明海洋食物网底层的热量含量已在变化，但这种变化将如何传递至食物网其他层级仍不明确。

本文信息源自MIT新闻对相关研究的报道。