從蛋白質到碳水化合物：全球暖化下海洋初級生產者的營養遷移研究
科技產業資訊室(iKnow) - 廖雅韻 發表於 2026年4月9日
圖、從蛋白質到碳水化合物：全球暖化下海洋初級生產者的營養遷移研究
麻省理工學院（MIT）研究團隊近期於《Nature Climate Change》發表最新研究，揭示氣候變遷正從根本上改變海洋生態系的營養基礎。研究指出，隨著海洋溫度升高，浮游植物（Phytoplankton）的生化組成將顯著轉變，從原本富含蛋白質的型態，逐步轉向碳水化合物與脂質含量較高的型態。這場悄然發生的「速食化」轉變，將使海洋最底層的食物來源趨於「高熱量、低營養」，進而影響依賴微藻維生的海洋生物，並重塑全球海洋的營養結構。
浮游植物是海洋中的單細胞微型藻類，透過光合作用吸收二氧化碳並轉化為有機物，貢獻全球約一半的碳固定量。它們細胞內的蛋白質、脂質與碳水化合物，不僅維繫全球生物地球化學循環，也直接決定海洋食物網的營養價值。
在現行氣候條件下，浮游植物的生化組成呈現明顯的地理差異：高緯度極地水域因光照不足但養分充足，浮游植物傾向合成大量捕光蛋白質（Light-harvesting proteins），蛋白質比例可達78%；中低緯度亞熱帶貧營養海域，光照充足但養分有限，浮游植物則將多餘光能轉化為碳水化合物與脂質，碳儲存比例可達68%。隨著氣候變遷，這種穩定的生化平衡正面臨根本性衝擊。
在高排放情境（SSP5-8.5）下，MIT團隊將實驗室微藻的生理數據與全球海洋環流模型結合，模擬至本世紀末全球海表溫度平均上升約3°C、海冰消退、海洋層化加劇的情況。結果顯示，不同海域浮游植物將呈現截然不同的生化重塑路徑。
在極地與高緯度地區，海冰融化緩解光照限制，浮游植物對捕光蛋白質的需求大幅下降，總蛋白質含量預計下降15%至30%，碳水化合物與脂質比例同步提升。由於脂質能量密度較高，冰退最顯著的極地區域，浮游植物熱量含量可能增加約12%。
亞熱帶與中緯度海域則呈相反情況。表層（0至75公尺）浮游植物因養分不足而生物量下降約50%，但次表層（75至170公尺）為適應微弱光線，捕光蛋白質合成增加，深層生物量上升約40%，蛋白質分配淨增約20%。雖無法扭轉全球營養價值下降，卻可為深海中層生態系提供局部緩衝。
生化改變也影響海洋有機物的元素比例。蛋白質（富氮）被碳水化合物與脂質（富碳）取代，高緯度地區有機碳氮比（C:N）預計上升3%至18%，有機碳磷比（C:P）因小型浮游植物優勢化而上升6%至18%。雖可提升單位養分碳封存效率，但在初級生產力下降的情況下，只能部分彌補總碳輸出減少。
這場生化轉變將沿食物網逐級放大。實驗已證實，橈足類（Copepods）攝食低蛋白微藻時，產卵率與生長速率下降，影響幼魚存活率，最終衝擊全球漁業。極地暖化已使浮游植物繁殖季節提前，生化組成變化可能造成捕食者與獵物的「生化錯位」（Biochemical Mismatch），干擾脆弱的繁殖週期。
北極長期觀測數據已與模型預測吻合：浮游植物蛋白質含量顯著下降，碳水化合物與脂質增加，顯示這場轉變非遙遠未來，而是正在發生的現實。浮游植物的生化重塑，不僅是細胞層面的適應，更是全球海洋營養格局的根本性轉變。未來研究與政策規劃必須建立涵蓋蛋白質、脂質與碳水化合物的監測體系，以精確評估海洋食物網韌性及全球碳匯長期穩定性。（1174字；圖1）
參考資料：
Climate change may produce “fast-food” phytoplankton. MIT News, 2026/03/31
Biochemical remodelling of phytoplankton cell composition under climate change. Nature Change, 2026/3/31
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