漁業(yè)科技前沿

鯨須記錄鯨魚(yú)的歷史

對(duì)從死亡鯨魚(yú)的鯨須中提取的樣本進(jìn)行化學(xué)分析，不僅可以了解他們的覓食歷史，還可以了解這些動(dòng)物的遷徙路線。在最新一期的《皇家學(xué)會(huì)開(kāi)放科學(xué)》（Royal Society Open Science）雜志上，荷蘭皇家海洋研究所研究員 PHILIP RIEKENBERG和來(lái)自烏得勒支大學(xué)和瓦赫寧根海洋研究所的同事們展示了他們對(duì)動(dòng)物組織中氮同位素的分析結(jié)果。海洋地球化學(xué)家MARCEL VAN DER MEER表示，這項(xiàng)研究首次證明，可以通過(guò)測(cè)量鯨須上的單個(gè)氨基酸來(lái)重建其詳細(xì)生活史。

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，RIEKENBERG從擱淺鯨魚(yú)的鯨須上鉆取了粉末狀的樣本。這些鯨須是板片狀的結(jié)構(gòu)，像簾子一樣，遮在須鯨亞目或須鯨的上顎上。在吞下一大口海水后，須鯨會(huì)把海水?dāng)D出來(lái)，留下食物，比如磷蝦。鯨須由角狀物質(zhì)組成，像頭發(fā)或指甲一樣，以每年10～16 cm的固定速度生長(zhǎng)。離鯨的上顎越遠(yuǎn)，鯨須形成的時(shí)間就越早。通過(guò)鯨須，RIEKENBERG和他的同事想要研究如何精確重建鯨魚(yú)的飲食結(jié)構(gòu)和覓食位置信息。

研究人員觀察了氮的各種同位素。除了最豐富的N14之外，還有一種更重的N15，它有一個(gè)額外的中子。當(dāng)動(dòng)物消化浮游生物時(shí)，來(lái)自浮游生物的部分蛋白質(zhì)被用來(lái)制造動(dòng)物自己的蛋白質(zhì)。在這個(gè)過(guò)程中，食物鏈中的每一步，重氮的濃度都略有增加。因此，處于食物鏈頂端的動(dòng)物含有越來(lái)越多的N15。浮游生物比磷蝦含有更少的N15，而磷蝦又比以磷蝦為食的魚(yú)類(lèi)含有更少的重氮，以此類(lèi)推。但在地球上的不同地方，N15的濃度不等，如大西洋越往北，水中的重氮含量就越高，因此浮游生物的重氮含量也就越多。

為了區(qū)別食物鏈位置的潛在影響和覓食區(qū)域，RIEKENBERG運(yùn)用了一個(gè)新技巧。他分析了不同氨基酸中的氮形態(tài)。某些氨基酸（蛋白質(zhì)的組成部分）是機(jī)體無(wú)法制造的。因此，那些必需的氨基酸（源氨基酸）在整個(gè)食物鏈中幾乎保持完整。它不會(huì)隨著食物鏈變得越來(lái)越多，而其他所謂的營(yíng)養(yǎng)氨基酸在食物鏈的每一步都被重新加工和改變。因此，營(yíng)養(yǎng)氨基酸和源氨基酸之間氮組成的差異是衡量其在食物鏈所處位置的一種方法（無(wú)論區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定氮同位素的組成如何變化）。在鯨須中，營(yíng)養(yǎng)氨基酸與源氨基酸的差異似乎是恒定的，這意味著這些個(gè)體在鯨須形成的整個(gè)時(shí)期都在食物鏈的同一水平上進(jìn)食。因此，鯨須中氮同位素的差異必然是一種“地理效應(yīng)”，記錄了鯨魚(yú)在不同氮成分的水域中的活動(dòng)。通過(guò)分析鯨須，RIEKENBERG觀察到了須鯨在北極和北大西洋之間的年度遷徙模式。在此期間，鯨須中N15的濃度從相對(duì)較高到較低再回到較高水平。VAN DER MEER對(duì)這項(xiàng)研究的結(jié)果感到興奮。研究證明，分析單個(gè)氨基酸并從中提取詳細(xì)信息是可能的。這主要是一個(gè)理論驗(yàn)證。在未來(lái)，研究人員不僅能發(fā)現(xiàn)一頭擱淺的鯨魚(yú)吃了什么，還能知道它最近幾個(gè)月在哪里游弋，這有助于確定鯨魚(yú)的遷徙路徑。這些信息甚至可以從博物館收藏的鯨魚(yú)中提取出來(lái)。這有助于確定受人類(lèi)影響而導(dǎo)致的鯨魚(yú)覓食和遷徙的長(zhǎng)期變化情況。

楊林林譯自 Netherland：Baleens read like a whale’s history book，Science Daily，2021-12-08

新研究揭示了碳循環(huán)不為人知的一面

一項(xiàng)新的研究表明，最近發(fā)現(xiàn)一種細(xì)菌會(huì)消耗一種有機(jī)化合物，這種化合物通常存在于油漆去除劑等溶劑中?？茖W(xué)家表示，SAR11細(xì)菌可以利用丙酮（C3H6O）的新發(fā)現(xiàn)為海洋固碳提供了更多的證據(jù)。海洋碳循環(huán)及其緩沖氣候變化能力的研究沒(méi)有考慮這一因素。

這項(xiàng)研究由俄勒岡州立大學(xué)微生物學(xué)家KIMBERLY HALSEY和俄勒岡州立大學(xué)博士生ERIC MOORE完成。他們發(fā)現(xiàn)，這種細(xì)菌不僅消耗丙酮，還消耗另一種揮發(fā)性有機(jī)化合物——異戊二烯。異戊二烯，分子式為C5H8，是天然橡膠的關(guān)鍵成分，也是植物代謝的氣態(tài)產(chǎn)物。異戊二烯和丙酮是由浮游植物和海洋微藻產(chǎn)生的，富集在海洋表面，這些氣體可以從海洋進(jìn)入大氣并影響氣候。HALSEY表示，異戊二烯經(jīng)常與著名的藍(lán)嶺山脈的陰霾聯(lián)系在一起。丙酮的生物產(chǎn)生過(guò)程還不太清楚，但是大氣科學(xué)家對(duì)異戊二烯和丙酮很感興趣，因?yàn)槿绻麄兲与x了表層海洋，就會(huì)與大氣中的其他化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可能會(huì)形成氣溶膠顆粒，從而形成雨、冰和雪。SAR11于1990年由俄勒岡州立大學(xué)微生物學(xué)教授STEPHEN GIOVANNONI發(fā)現(xiàn)，是已知的自由存活的最小細(xì)胞，其基因組也是所有獨(dú)立細(xì)胞中最小的。但該細(xì)菌在其他大多數(shù)細(xì)胞會(huì)死亡的地方茁壯成長(zhǎng)，SAR11的總重量超過(guò)了海洋中所有魚(yú)類(lèi)的重量，他們的數(shù)量在碳循環(huán)中發(fā)揮了巨大作用。GIOVANNONI表示，1 ml的海水可能含有50×104個(gè)SAR11細(xì)胞，25%的海洋浮游生物是SAR11。

SAR11細(xì)胞可以利用異戊二烯進(jìn)一步佐證一個(gè)新的理論，即一些浮游生物細(xì)胞專(zhuān)門(mén)利用分子量非常低的分子（非常輕的分子），而通常研究碳循環(huán)的方法忽略了大部分這些分子。GIOVANNONI表示，他參加了丙酮和異戊二烯研究。SAR11具有驚人的代謝能力，能夠氧化并產(chǎn)生各種揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic compounds，VOCs），這些化合物可以擴(kuò)散到大氣中。VOCs是一種含碳的化學(xué)物質(zhì)，具有高揮發(fā)性和低水溶性，其中一些可以對(duì)人類(lèi)健康造成不利影響。目前對(duì)丙酮和異戊二烯的循環(huán)還不是很清楚，但在完全了解碳在海洋生物系統(tǒng)中的循環(huán)之前，碳循環(huán)中還有一些隱藏的方面需要進(jìn)一步研究。HALSEY表示，了解SAR11和其他細(xì)菌影響氣體排放的潛力是很重要的，因?yàn)槠溆兄谌媪私鈿夂蜃兓头€(wěn)定性?？茖W(xué)家們說(shuō)，下一步研究包括解析揮發(fā)性有機(jī)化合物循環(huán)背后的生化機(jī)制，并嘗試將海洋微生物生命過(guò)程與氣體排放和大氣中化學(xué)物質(zhì)的運(yùn)輸聯(lián)系起來(lái)。浮游生物在海洋表面交換氣體的現(xiàn)象比人們以前認(rèn)為的要普遍。俄勒岡州立大學(xué)的 ALEC WEAVER和EDWARD DAVIS教授也參與了這項(xiàng)由美國(guó)國(guó)家航空航天局和西蒙斯基金會(huì)支持的研究。楊林林譯自USA：Gas-passing plankton illumine another piece of the carbon cycle puzzle，Science Daily，2021-12-15

冰層融化影響北冰洋生態(tài)系統(tǒng)

夏季，來(lái)自北極的海冰通過(guò)弗拉姆海峽流入大西洋。由于融水的存在，在海水之上的漂流冰周?chē)纬闪艘粚臃€(wěn)定的水層，對(duì)生物過(guò)程和海洋生物產(chǎn)生了重大影響。繼而，這又會(huì)影響到大氣中的碳何時(shí)被吸收和儲(chǔ)存。這是由德國(guó)阿爾弗雷德韋格納研究所一個(gè)研究小組在北極海洋觀測(cè)系統(tǒng)的幫助下發(fā)現(xiàn)的，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。

海洋是地球上最大的碳匯之一，部分原因是生物碳泵。在水面以下，藻類(lèi)和浮游植物等微生物通過(guò)光合作用從大氣中吸收二氧化碳。當(dāng)這些微生物沉入海底時(shí)，他們所含的碳可以保持?jǐn)?shù)千年不受破壞。赫姆霍爾茲極地和海洋研究中心的專(zhuān)家們發(fā)現(xiàn)，浮冰融化的水可以將這一過(guò)程推遲4個(gè)月。2016年夏季至2018年夏季，北極海洋觀測(cè)系統(tǒng)在格陵蘭和斯瓦爾巴特群島之間的弗拉姆海峽持續(xù)采集數(shù)據(jù)。在海峽的兩個(gè)地點(diǎn)安裝了密集的系泊裝置，以便盡可能多地監(jiān)測(cè)水中物理——生物耦合過(guò)程，并使用海底物理、生物地球化學(xué)和聲學(xué)傳感器，收集水和沉積物樣品供實(shí)驗(yàn)室分析。該研究的主要完成人，氣候研究員WILKEN-JON VON APPEN博士表示，這是第一次，在整整2年的時(shí)間里，不僅全面監(jiān)測(cè)微藻和浮游植物的季節(jié)性變化，而且還全面監(jiān)測(cè)這些變化的物理、化學(xué)和生物系統(tǒng)。

在此期間，海冰輸出達(dá)到了2個(gè)極端。2017年夏天，大量的冰通過(guò)弗拉姆海峽離開(kāi)北極。這產(chǎn)生了大量的低鹽融水和明顯的水分層。相比之下，2018年夏天，北極輸出的冰很少，這意味著幾乎沒(méi)有融水，因此沒(méi)有明顯的基于鹽度的分層。在這2個(gè)極端時(shí)期，生物碳泵所涉及的過(guò)程顯著不同，以至于專(zhuān)家將其稱(chēng)為2種不同的狀態(tài)：融水狀態(tài)（2017年夏季）和混合層狀態(tài)（2018年夏季）。

2017年，第一次海藻和浮游植物的爆發(fā)出現(xiàn)在5月15日，當(dāng)時(shí)的氣候開(kāi)始使海洋變暖。大量冰漂出弗拉姆海峽，產(chǎn)生了大量融水。APPEN表示，這種低鹽水浮于海水之上，沒(méi)有混合。在0～30 m的分層強(qiáng)度是30～55 m的10倍。因此，很少有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能從深水層向上遷移，同時(shí)只有很少的碳能到達(dá)海底。生物碳泵的第一步是浮游植物生長(zhǎng)，其幾乎只發(fā)生在頂部30 m水層之內(nèi)。這種強(qiáng)烈的分層現(xiàn)象直到8月中旬才消失，當(dāng)時(shí)大氣不再使海水表面升溫。大部分生物量在9—11月之間從上層開(kāi)始下沉，超過(guò)3個(gè)月的浮游植物因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)缺乏，以至于不能引起海底動(dòng)物的興趣。在融水狀態(tài)下的藻華期間，每平方米微生物能夠固定25 g碳。

2018年的春季和夏季完全是另一個(gè)狀態(tài)，相對(duì)無(wú)冰，這意味著融水減少，海水分層也不強(qiáng)烈，形成深度約50 m的混合層。5月1日，第一次硅藻爆發(fā)。與此同時(shí)，浮游動(dòng)物和主要以他們?yōu)槭车聂~(yú)類(lèi)數(shù)量開(kāi)始增加。由于他們的糞便，在藻華開(kāi)始2～3周后，有機(jī)碳就到達(dá)了1 200 m深的地方。在藻華開(kāi)始4～7周后，有機(jī)碳到達(dá)了海底，這比2017年夏天提前了近4個(gè)月。這種物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富，吸引的魚(yú)類(lèi)和底棲動(dòng)物數(shù)量是融水夏季的5倍。在藻華期間，每平方米藻類(lèi)能夠固定大約50 g碳，是融水狀態(tài)下的2倍。

盡管這兩種狀態(tài)之間存在這些差異，但生物碳泵在2018年夏天的產(chǎn)量不一定更高。APPEN表示，在2017年夏天，大部分有機(jī)碳直到9月之后才到達(dá)海底。5月初到11月底這段時(shí)間，混合層狀態(tài)的碳輸出只比融水狀態(tài)高三分之一。相反，2017年顯著的分層促進(jìn)了幾個(gè)月的長(zhǎng)期增長(zhǎng)，因?yàn)樘己蜖I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被困在上層。相比之下，2018年無(wú)冰的情況產(chǎn)生了短暫的、強(qiáng)烈的藻華和快速輸出，為海底的深海生態(tài)系統(tǒng)提供了食物和碳。因此，后者似乎特別受益于夏季混合層狀態(tài)。在融水狀態(tài)下，強(qiáng)烈的分層在夏季阻礙了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入，在冬季則阻礙了深水的混合。未來(lái)，這種混合層狀態(tài)可能會(huì)擴(kuò)散到北極更大的地區(qū)。這一地區(qū)的條件與低緯度地區(qū)類(lèi)似，北冰洋可能會(huì)越來(lái)越像南部地區(qū)的海洋。

楊林林譯自 Germany：Meltwater influences ecosystems in the Arctic Ocean，Science Daily，2021-12-15

蛤蜊殼記錄了氣候變化

人們?cè)谑澜绺鞯睾┥峡吹胶褪占降陌咨闹讣状笮〉母蝌蹥だ镉涗浿厍虻臍v史。研究人員首次確認(rèn)，這些光滑的蛤蜊殼中記錄著每月甚至每周的海洋溫度。由于古代文明“食用”了這些無(wú)處不在的蛤蜊，并將這些貝殼留在了考古遺址，研究人員現(xiàn)在有了一種新的方法來(lái)重建近3 000年前的氣候及其波動(dòng)。

與過(guò)去相比，現(xiàn)在可用的設(shè)備足夠精確和強(qiáng)大，能夠揭示蛤蜊殼形成時(shí)特定位置的海洋表面溫度和整體氣候。這給考古學(xué)家和古氣候?qū)W家提供了另一個(gè)重建過(guò)去氣候的工具。正如今天人們所知道的，氣候可以影響各種行為，在古代也是如此。路易斯安那州立大學(xué)地理與人類(lèi)學(xué)系博士生JACOB WARNER的研究成果發(fā)表在《化學(xué)地質(zhì)學(xué)》（Chemical Geology）雜志上。WARNER和他的同事們專(zhuān)注于追蹤一種影響世界大部分地區(qū)的稱(chēng)為厄爾尼諾南方濤動(dòng)（El Ni?o-southern oscillation，ENSO）的氣候現(xiàn)象，其特征是海洋溫度高于平常，降雨量增加，美國(guó)南部出現(xiàn)更多的熱帶風(fēng)暴和颶風(fēng)。WARNER的研究地點(diǎn)在秘魯北部，那里是受ENSO影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一。秘魯沿岸深層的冷水流使其成為世界上漁業(yè)生產(chǎn)力最高的地區(qū)之一，當(dāng)溫暖的ENSO事件發(fā)生時(shí)，該地區(qū)的漁業(yè)會(huì)受到嚴(yán)重影響。為了捕捉ENSO不同階段的海洋表面溫度，研究人員在2012年、2014年和2016年從市場(chǎng)和沿海海灘收集了18個(gè)蛤蜊。他們是一種壽命較短的蛤Donax obesulus，這種蛤以前從未被用于重建氣候方面的研究。此前，另一種壽命較短的潮間帶蛤Mesodesma donacium曾被用于開(kāi)展相關(guān)研究，但這個(gè)物種現(xiàn)在已經(jīng)在秘魯北部滅絕了。

就像樹(shù)木年輪一樣，蛤蜊在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)在殼內(nèi)形成分層。WARNER沿著蛤殼鉆孔，在蛤生命周期內(nèi)每隔一段時(shí)間采集樣本，以獲得蛤殼生長(zhǎng)過(guò)程中海洋溫度的“快照”。利用殼的化學(xué)成分和海洋溫度之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)蛤殼可以很好地記錄海洋表面溫度。有了這些信息，就可以把時(shí)間推回到過(guò)去，重建過(guò)去的溫度和氣候。在另一篇即將發(fā)表的論文中，WARNER與阿爾伯塔大學(xué)的博士后研究員、考古學(xué)家 ALEKSA ALAICA合作，分析了在秘魯北部杰奎特佩克山谷一處考古遺址發(fā)現(xiàn)的Donax obesulus。他們發(fā)現(xiàn)在ENSO變暖期間，蛤蜊的殼更大。因此，殼的大小也可以作為古氣候的指示物。他們還發(fā)現(xiàn)，生活在這個(gè)地方的古代人類(lèi)，優(yōu)先收獲大個(gè)體的蛤蜊，這表明2 000多年前就存在漁業(yè)管理實(shí)踐。WARNER目前正在利用從另一個(gè)名為Caylán的考古遺址收集的蛤蜊殼重建過(guò)去的氣候，該遺址位于秘魯中北部的內(nèi)佩尼亞山谷，大約在2 200～2 600年前有人居住過(guò)。

楊林林譯自USA：Climate change record in clam shells，Science Daily，2021-12-13

魚(yú)類(lèi)之間存在廣泛的聲音交流

康奈爾大學(xué)的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，魚(yú)類(lèi)用聲音交流的可能性比人們普遍認(rèn)為的要大得多。魚(yú)類(lèi)使用聲音的交流至少存在了1.55億年。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《魚(yú)類(lèi)學(xué)和爬蟲(chóng)學(xué)》（Ichthyology＆Herpetology）雜志上。

該研究的主要作者，康奈爾大學(xué)生物聲學(xué)中心研究員ARON RICE表示，早就知道有些魚(yú)會(huì)發(fā)出聲音。但魚(yú)的聲音總是被認(rèn)為是罕見(jiàn)的怪事。他們想知道這些聲音是一次性的，還是魚(yú)類(lèi)中存在更廣泛的聲音通信模式。研究人員觀察了魚(yú)類(lèi)的一個(gè)分支——鰭刺魚(yú)（ray-finned fishes）。他們是脊椎動(dòng)物，占世界上已知魚(yú)類(lèi)種類(lèi)的99%。他們發(fā)現(xiàn)175個(gè)家族中有三分之二的魚(yú)類(lèi)可以或可能會(huì)用聲音交流。通過(guò)研究魚(yú)類(lèi)的譜系，研究人員發(fā)現(xiàn)，聲音非常重要，在數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間里，聲音至少進(jìn)化了33次。研究的參與者，康奈爾大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)教授WILLIAM E.BEMIS表示，多虧了幾十年來(lái)對(duì)魚(yú)類(lèi)進(jìn)化關(guān)系的基礎(chǔ)研究，現(xiàn)在可以探索關(guān)于大約3.5×104種已知魚(yú)類(lèi)的不同功能和行為是如何進(jìn)化的許多問(wèn)題。他們正在擺脫一種嚴(yán)格以人為中心的思維方式。研究可以讓人們?cè)黾訉?duì)聲音通信的驅(qū)動(dòng)因素以及它是如何發(fā)展的了解。

科學(xué)家們使用了幾種信息來(lái)源，現(xiàn)有的錄音、描述魚(yú)類(lèi)聲音的科學(xué)論文以及已知的魚(yú)類(lèi)解剖結(jié)構(gòu)——他們是否有發(fā)聲器，比如特定的骨頭、氣囊和特定發(fā)聲肌肉，還有在水下麥克風(fēng)發(fā)明之前的19世紀(jì)文獻(xiàn)。神經(jīng)生物學(xué)和行為學(xué)教授ANDREW BASS表示，聲音交流在魚(yú)類(lèi)中經(jīng)常被忽視，但所有現(xiàn)存脊椎動(dòng)物物種的一半以上存在聲音交流。他們可能被忽視了，因?yàn)轸~(yú)類(lèi)聲音不容易被聽(tīng)到或觀察到，而水里聲音通信學(xué)科主要關(guān)注鯨魚(yú)和海豚。但是魚(yú)也有聲音，魚(yú)在說(shuō)什么？或許和人類(lèi)談?wù)摰牟畈欢?，如性和食物。RICE表示，這些魚(yú)要么是為了吸引配偶，要么是為了保衛(wèi)食物來(lái)源或領(lǐng)地，要么是為了讓其他魚(yú)知道他們的位置。甚至一些魚(yú)的別名都是根據(jù)他們發(fā)出的聲音來(lái)命名的，比如呼嚕魚(yú)、黃花魚(yú)、豬魚(yú)、吱吱鯰魚(yú)和喇叭魚(yú)等。RICE打算繼續(xù)追蹤魚(yú)類(lèi)的聲音，并將研究結(jié)果添加到他不斷擴(kuò)大的數(shù)據(jù)庫(kù)中。這個(gè)項(xiàng)目始于20年前，他與該研究的共同作者INGRID KAATZ以及波士頓大學(xué)生物學(xué)教授PHILIP LOBEL一起開(kāi)展。自RICE來(lái)到康奈爾大學(xué)以來(lái)，他們的合作一直在持續(xù)并擴(kuò)大。RICE表示，研究表明很多群體具備聲音交流，超出了人類(lèi)的想象。魚(yú)具有很多技能，他們能呼吸空氣，能飛行，能吃任何東西，科學(xué)家們不會(huì)對(duì)魚(yú)能發(fā)出聲音感到驚訝。

楊林林譯自 USA：Look who’s talking now：The fishes，Science Daily，2022-01-27

珊瑚骨骼的形成速度決定其對(duì)海洋酸化的適應(yīng)能力

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的一項(xiàng)新研究對(duì)預(yù)測(cè)珊瑚礁的生存和減緩骨骼因海洋酸化而變?nèi)蹙哂兄匾饬x。雖然珊瑚礁只占海洋不到1%的面積，但這些生態(tài)系統(tǒng)是地球上生物多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一。據(jù)估計(jì)，與珊瑚礁相關(guān)的物種超過(guò)100×104種。據(jù)了解，構(gòu)成這些珊瑚礁的物種對(duì)海洋酸化（大氣中二氧化碳水平上升的結(jié)果）的敏感程度和適應(yīng)能力不同。但是科學(xué)家們并不確定其中的原因。在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)珊瑚骨骼的結(jié)晶速率因物種而異，這與他們對(duì)酸化的適應(yīng)能力有關(guān)。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的物理學(xué)教授PUPA GILBERT表示，許多機(jī)構(gòu)不斷發(fā)布報(bào)告稱(chēng)珊瑚礁受到了威脅，但不知道該怎么辦。找到基于科學(xué)的解決方案是當(dāng)務(wù)之急，定量了解氣候變化對(duì)珊瑚礁及其骨骼造成的影響很重要。形成珊瑚礁的珊瑚是一種海洋動(dòng)物，他們的骨骼大部分是由不溶性的晶體物質(zhì)——霰石組成的。霰石形成的條件是，由更易溶解的無(wú)定形碳酸鈣組成的前體沉積在生長(zhǎng)的骨骼上，然后結(jié)晶。該團(tuán)隊(duì)研究了3種珊瑚，并深入研究了他們生長(zhǎng)骨骼的組成部分。他們使用了GILBERT首創(chuàng)的PEEM光譜顯微鏡技術(shù)，該技術(shù)是迄今為止靈敏度最高的檢測(cè)碳酸鈣不同形態(tài)的技術(shù)。當(dāng)他們使用這些光譜顯微鏡圖像來(lái)比較無(wú)定形前體和晶體的厚度時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)對(duì)酸化更敏感的鹿角珊瑚屬（Acropora），比不那么敏感的柱珊瑚屬（Stylophora）有更厚的無(wú)定形碳酸鈣帶。第3種敏感程度未知的屬是陀螺珊瑚屬（Turbinaria），它的無(wú)定形前體層比柱珊瑚更薄，這表明它應(yīng)該是這3個(gè)屬中最能適應(yīng)海洋酸化的。

未結(jié)晶礦物帶越厚，結(jié)晶過(guò)程越慢。GILBERT表示，如果珊瑚骨骼的表面，所有這些無(wú)定形的碳酸鈣被活著的動(dòng)物沉積，迅速結(jié)晶，那么這個(gè)特定的物種是適應(yīng)海洋酸化的；如果結(jié)晶緩慢，那么它就很脆弱。這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的機(jī)制，但處理和解釋PEEM圖像所需的數(shù)據(jù)分析卻絕非如此。獲取的成像圖的每個(gè)像素都有一個(gè)需要分析的鈣光譜，這將產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。數(shù)據(jù)處理包括許多決策點(diǎn)，以及巨大的計(jì)算需求。該團(tuán)隊(duì)試圖將分析自動(dòng)化或使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，但這些方法都沒(méi)有奏效。相反，GILBERT發(fā)現(xiàn)最好的數(shù)據(jù)處理器是做決策的人。GILBERT不想僅憑一兩個(gè)人的決定就得出結(jié)論。因此，她聘請(qǐng)了一群威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的本科生，他們中的大多數(shù)人來(lái)自MERCILE J.LEE學(xué)者計(jì)劃，該計(jì)劃旨在吸引和留住來(lái)自弱勢(shì)群體的有才華的學(xué)生。這個(gè)團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)龐大而多樣化的決策者群體。這群學(xué)生被戲稱(chēng)為刺胞動(dòng)物——珊瑚、?？退杆鶎俚拈T(mén)，他們成為了團(tuán)隊(duì)的重要成員。他們每周會(huì)面幾次，GILBERT會(huì)給多個(gè)學(xué)生分配相同的數(shù)據(jù)集，讓他們并行處理，并在下次會(huì)面時(shí)進(jìn)行討論。GILBERT表示，如果很多人提出了完全相同的結(jié)果，即使他們做出了不同的決定，這意味著分析是穩(wěn)健和可靠的。他們的貢獻(xiàn)非常有用，他們中有13人是這項(xiàng)研究的共同作者。

楊林林譯自 USA：Coral skeleton formation rate determines resilience to acidifying oceans，Science Daily，2022-01-27

照明漁具減少鯊魚(yú)和其他海洋動(dòng)物的誤捕

LED照明漁具在保持目標(biāo)物種捕獲率的同時(shí)，將鯊魚(yú)和鰩魚(yú)等副漁獲量減少了令人難以置信的95%。研究人員發(fā)現(xiàn)，使用照明漁具大大減少了鯊魚(yú)、鰩魚(yú)、海龜和其他非目標(biāo)生物的意外捕獲，這對(duì)商業(yè)漁業(yè)和海洋野生動(dòng)物來(lái)說(shuō)是一個(gè)雙贏的結(jié)果。

研究結(jié)果發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）雜志上。研究人員發(fā)現(xiàn)，照明刺網(wǎng)減少了63%的副漁獲量，其中鯊魚(yú)、鰩魚(yú)和魟魚(yú)減少了95%，魷魚(yú)減少了81%，非目標(biāo)魚(yú)類(lèi)減少了48%，同時(shí)保持了目標(biāo)生物的捕撈率和市場(chǎng)價(jià)值。該研究的作者包括亞利桑那州立大學(xué)助理教授JESSE SENKO、野生動(dòng)物保護(hù)協(xié)會(huì)小型漁業(yè)主任HOYT PECKHAM、墨西哥國(guó)家漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所漁業(yè)生物學(xué)家DANIEL AGUILARRAMIREZ和NOAA漁業(yè)生態(tài)學(xué)家JOHN WANG。

刺網(wǎng)是全球沿海地區(qū)使用最廣泛的捕撈工具之一，但它經(jīng)常捕捉到非目標(biāo)動(dòng)物。其中，既包括瀕危、受威脅和受保護(hù)的物種，如鯊魚(yú)、海龜、海洋哺乳動(dòng)物和海鳥(niǎo)，也包括目標(biāo)魚(yú)類(lèi)的幼魚(yú)和其他魚(yú)類(lèi)。這些動(dòng)物經(jīng)常死亡、受傷，然后被扔回海里。沿海刺網(wǎng)漁業(yè)對(duì)非目標(biāo)物種的偶然捕獲，即所謂的“副漁獲”，已導(dǎo)致全球?yàn)l危物種數(shù)量下降，并影響了沿海生態(tài)系統(tǒng)。在過(guò)去的10年里，LED照明刺網(wǎng)已成為在沿海刺網(wǎng)漁業(yè)中減少副漁獲中瀕危海龜數(shù)量的有效工具。但是，還從未評(píng)估過(guò)照明網(wǎng)對(duì)其他易受傷害物種、副漁獲物和漁業(yè)作業(yè)效率的影響。研究人員在墨西哥南下加利福尼亞州太平洋沿岸的刺網(wǎng)上每隔10 m安裝一個(gè)環(huán)保LED燈，驚奇地發(fā)現(xiàn)照明漁網(wǎng)幾乎消除了鯊魚(yú)和鰩魚(yú)等副漁獲。他們是一種古老的動(dòng)物群體，由于副漁獲和非法捕撈，他們?cè)谌蚍秶鷥?nèi)數(shù)量已經(jīng)下降。此外，照明漁網(wǎng)將漁民回收和解開(kāi)漁網(wǎng)所需的時(shí)間減少了57%，這使得這項(xiàng)技術(shù)對(duì)漁民具有吸引力，因?yàn)樗麄兿Ｍ诓豢紤]副漁獲的情況下提高捕撈效率。這是因?yàn)闈O民需要移除的被燈光網(wǎng)纏住的動(dòng)物數(shù)量，如海龜、鯊魚(yú)、鰩魚(yú)、魷魚(yú)和小型魚(yú)類(lèi)的數(shù)量要少得多。從網(wǎng)中移除這些動(dòng)物耗時(shí)、困難，甚至危險(xiǎn)。在實(shí)際操作中，這意味著漁民在使用照明漁網(wǎng)捕魚(yú)時(shí)，每次作業(yè)可以節(jié)省超過(guò)1 h的時(shí)間，這也有助于提高捕撈質(zhì)量。

這項(xiàng)研究的主要作者亞利桑那州立大學(xué)的JESSE SENKO表示，這些結(jié)果表明，照明漁網(wǎng)的潛在好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了海龜?shù)姆秶?，同時(shí)也證明了在全世界類(lèi)似的沿海刺網(wǎng)漁業(yè)中，利用照明漁網(wǎng)來(lái)減少被丟棄的副漁獲物的強(qiáng)大前景。HOYT PECKHAM表示，刺網(wǎng)無(wú)處不在，因?yàn)樗麄儍r(jià)格低廉，能捕獲經(jīng)過(guò)他們的任何東西。這項(xiàng)工作是令人興奮的，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)實(shí)際的解決方案，增加刺網(wǎng)的選擇性和減少副漁獲。新興的技術(shù)將幫助這種照明融入到刺網(wǎng)材料中，這樣一來(lái)，采用這種解決方案對(duì)漁民來(lái)說(shuō)就變得輕而易舉了。NOAA位于檀香山的太平洋島嶼漁業(yè)科學(xué)中心的漁業(yè)生態(tài)學(xué)家JOHN WANG表示，通過(guò)減少解開(kāi)副漁獲物的時(shí)間，讓漁民的生活更輕松，與減少漁網(wǎng)中的副漁獲物生物量同樣重要。對(duì)于漁民來(lái)說(shuō)，重要的是知道新技術(shù)對(duì)他們來(lái)說(shuō)有實(shí)實(shí)在在的好處。這對(duì)于漁業(yè)能否采用這類(lèi)技術(shù)至關(guān)重要。

國(guó)際野生生物保護(hù)學(xué)會(huì)（Wildlife Conservation Society，WCS）正在許多沿海國(guó)家開(kāi)展工作，以減少刺網(wǎng)漁業(yè)對(duì)海豚、鯊魚(yú)和鰩魚(yú)等標(biāo)志性巨型動(dòng)物的附帶捕獲。然而，迄今為止，在減少副漁獲量的同時(shí)允許漁民繼續(xù)捕撈其目標(biāo)物種的技術(shù)解決方案有限，而這些漁獲量往往對(duì)生計(jì)和糧食安全產(chǎn)生關(guān)鍵影響。這項(xiàng)工作為保護(hù)瀕臨滅絕的巨型動(dòng)物在世界各地的最后據(jù)點(diǎn)提供了一種可能的方法，并將作為全球海洋保護(hù)努力的一部分開(kāi)展進(jìn)一步探索。

楊林林譯自WCS：Lighted nets dramatically reduce bycatch of sharks and other wildlife while making fishing more efficient，Science Daily，2022-01-21

微塑料使環(huán)境中有機(jī)污染物的毒性提高10倍

以色列特拉維夫大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，在海洋環(huán)境中，微塑料可以吸收和濃縮有毒有機(jī)物質(zhì)，從而使其毒性提高10倍，這可能會(huì)對(duì)人類(lèi)健康造成嚴(yán)重影響。這項(xiàng)研究是由特拉維夫大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院和環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院的INES ZUCKER博士和博士生 ANDREY EITAN RUBIN共同進(jìn)行的。研究結(jié)果最近發(fā)表在《光化層》（Chemosphere）雜志上。

微塑料是微型塑料材料的總稱(chēng)，這些材料以顆粒和微觀纖維的形態(tài)出現(xiàn)，尺寸從幾十微米到幾毫米不等。微塑料幾乎無(wú)處不在：井里、土壤里、食品里、水瓶里，甚至在北極的冰川里。研究人員解釋說(shuō)，由于塑料不是一種天然材料，它在自然界中的分解速度非常緩慢。這個(gè)過(guò)程有時(shí)會(huì)持續(xù)數(shù)千年，在這個(gè)過(guò)程中，新的微塑料就形成了。在整個(gè)過(guò)程中，微塑料顆粒會(huì)遇到附著在其表面的環(huán)境污染物，他們一起，可能對(duì)環(huán)境和人類(lèi)的健康構(gòu)成威脅。

在這項(xiàng)研究中，研究人員檢查了微塑料所經(jīng)歷的整個(gè)過(guò)程，從它與環(huán)境污染物的相互作用到污染物的釋放和毒性的增加。研究人員發(fā)現(xiàn)，微塑料對(duì)這些有機(jī)污染物的吸附使毒性增加了10倍，可能對(duì)接觸受污染食品和飲料的人造成嚴(yán)重影響。ZUCKER博士解釋說(shuō)，研究發(fā)現(xiàn)，即使是對(duì)人類(lèi)無(wú)毒的極低濃度的環(huán)境污染物，一旦被微塑料吸附，其毒性也會(huì)顯著增加。這是因?yàn)槲⑺芰鲜且环N環(huán)境污染物的“磁鐵”，將他們集中在表面，“運(yùn)送”他們通過(guò)消化道，并集中將他們釋放到特定區(qū)域，從而導(dǎo)致毒性增加。博士生ANDREY EITAN RUBIN補(bǔ)充道，研究第一次展示了微塑料完整的“生命周期”。從他們釋放到環(huán)境中的那一刻起，到對(duì)環(huán)境污染物的吸附，直到他們對(duì)人類(lèi)的聯(lián)合毒性。每年傾倒到海洋中的塑料垃圾數(shù)量是巨大的。最著名的例子是太平洋上的塑料島，它的面積比以色列大80倍。但這不是一個(gè)遠(yuǎn)程問(wèn)題，從初步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，以色列海岸是微塑料垃圾污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一。這些地區(qū)的每一種微塑料顆粒都具有巨大的潛在危害，因?yàn)樗麄優(yōu)檫M(jìn)入人體的污染物提供了一個(gè)有效和穩(wěn)定的載體。

ZUCKER博士總結(jié)道，氧化微塑料顆粒（微塑料風(fēng)化后的結(jié)構(gòu)）的吸附能力明顯高于非氧化顆粒。環(huán)境污染物吸附在微塑料上后，微塑料顆?？呻S著人類(lèi)攝入的被污染的食物和水到達(dá)消化道，在靠近消化道細(xì)胞的地方釋放毒素，從而增加這些物質(zhì)的毒性。這是工業(yè)廢料污染海洋和陸地環(huán)境的另一個(gè)可怕后果。不幸的是，近幾十年來(lái)，塑料已經(jīng)飽和。這種危險(xiǎn)不是理論上的，而是比以往任何時(shí)候都更加切實(shí)可見(jiàn)。雖然已經(jīng)有很多人意識(shí)到這一問(wèn)題，但在這一領(lǐng)域的預(yù)防措施還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

楊林林譯自 Israel：Microplastics increase the toxicity of organic pollutants in the environment by a factor of 10，study finds，Science Daily，2022-02-16

南極研究揭示了氣候變暖和魚(yú)類(lèi)豐度之間的聯(lián)系

一項(xiàng)對(duì)南大洋的長(zhǎng)期研究表明，海水變暖、海冰減少和南極銀魚(yú)（側(cè)紋南極魚(yú)）數(shù)量減少之間存在明顯的相關(guān)性。這些小而豐富的魚(yú)類(lèi)是企鵝、海豹和其他區(qū)域性海洋生物的重要食物，其作用類(lèi)似于溫帶水域的鳀魚(yú)或沙丁魚(yú)。

這項(xiàng)研究發(fā)表在2022年2月3日的《生物學(xué)通訊》（Communications Biology）雜志上，這是《自然》（Nature）系列雜志下的一份開(kāi)放獲取期刊。主要作者ANDREW CORSO是威廉瑪麗弗吉尼亞海洋科學(xué)研究所（William＆Mary＇s Virginia Institute of Marine Science，VIMS）的博士研究生。他表示，這是第一次在海冰和南極魚(yú)類(lèi)物種的長(zhǎng)期豐度之間發(fā)現(xiàn)了具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的關(guān)系。隨著區(qū)域持續(xù)變暖，這些魚(yú)類(lèi)可能會(huì)從該地區(qū)完全消失，引發(fā)海洋生態(tài)系統(tǒng)的重大變化。研究的共同作者是DEBORAH STEINBERG博士和ERIC HILTON博士，以及科羅拉多大學(xué)博爾德分校北極和高山研究所的SHARON STAMMERJOHN博士。

這項(xiàng)研究基于CORSO對(duì)25年（1993—2017年）收集的7 000多個(gè)幼魚(yú)標(biāo)本的分析，這是VIMS參與美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的帕爾默南極洲長(zhǎng)期生態(tài)研究項(xiàng)目（Palmer LTER）的一部分。Palmer LTER是一個(gè)正在進(jìn)行的關(guān)于氣候變化對(duì)南極半島西海岸海洋食物網(wǎng)影響的調(diào)查項(xiàng)目。STEINBERG參與了Palmer LTER項(xiàng)目。他表示，研究區(qū)域是地球上變暖最快的地區(qū)之一。在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)里，空氣和水溫的升高導(dǎo)致了海冰覆蓋的大幅減少。從1945年到2009年，該地區(qū)冬季平均氣溫上升了 10.8°F（6°C），而海冰的年持續(xù)時(shí)間減少了近2個(gè)月。這些幼魚(yú)樣本儲(chǔ)存在VIMS的Nunnally魚(yú)類(lèi)標(biāo)本集中，這里現(xiàn)在擁有世界上第二大、而且還在增長(zhǎng)的南極魚(yú)類(lèi)集合，有超過(guò)4×104個(gè)標(biāo)本。HILTON是該收藏的管理者，他表示，該研究是一個(gè)很好的例子，說(shuō)明了管理、編目和歸檔的自然收藏與長(zhǎng)期生態(tài)計(jì)劃協(xié)同工作的價(jià)值。

南極銀魚(yú)的適應(yīng)能力使他們能夠在該地區(qū)寒冷的水域中茁壯成長(zhǎng)。他們占了南大洋沿海地區(qū)魚(yú)類(lèi)生物量的90%以上，也使他們?nèi)菀资艿胶Ｑ笞兣秃１鶞p少的影響。CORSO表示，海冰在這些魚(yú)的生活史中扮演著獨(dú)特的角色。他們?cè)诤１挟a(chǎn)卵，海冰也是新孵化的幼魚(yú)的育幼場(chǎng)，所以海冰的減少對(duì)他們來(lái)說(shuō)就像乳草減少對(duì)黑脈金斑蝶的影響一樣。水溫升高也可能損害這些魚(yú)的健康，包括幼魚(yú)和成魚(yú)。之前對(duì)南極魚(yú)類(lèi)近親所做的實(shí)驗(yàn)表明，水溫上升9°F（5°C）可以徹底殺死一些魚(yú)類(lèi)，也會(huì)降低這些魚(yú)類(lèi)同化食物的速度。研究發(fā)現(xiàn)溫暖的海洋表面溫度和減少的海冰與減少的幼魚(yú)數(shù)量有關(guān)。該地區(qū)的其他研究支持并擴(kuò)展了這一發(fā)現(xiàn)，近幾十年來(lái)的記錄中，南極半島西部北部海域銀魚(yú)成魚(yú)的數(shù)量較低。研究表明銀魚(yú)成魚(yú)和幼魚(yú)對(duì)海冰和溫度的耐受范圍很窄，且他們需要足夠的海冰覆蓋才能成功產(chǎn)卵。隨著南極半島西部受氣候變化影響，這種物種可能會(huì)從該地區(qū)完全消失，引發(fā)食物網(wǎng)上下的變化。這些變化可能已經(jīng)開(kāi)始了。參與Palmer LTER項(xiàng)目的其他科學(xué)家已經(jīng)將該地區(qū)企鵝數(shù)量的大幅減少與食物結(jié)構(gòu)中銀魚(yú)數(shù)量的長(zhǎng)期減少聯(lián)系在一起。同樣地，研究人員還發(fā)現(xiàn)，銀魚(yú)對(duì)阿德利企鵝的羽化和生存很重要。

楊林林 USA：Antarctic research reveals link between warming and fish abundance，2022-02-08

石珊瑚物種更能在海洋酸化中生存

珊瑚通過(guò)從海水中生成碳酸鈣，并將其添加到骨骼中，使其結(jié)晶來(lái)生長(zhǎng)。這一過(guò)程以及珊瑚的生存正受到海洋酸化的威脅。然而，科學(xué)家們?cè)凇睹绹?guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》（Journal of the American Chemical Society）上發(fā)表論文稱(chēng)，某些珊瑚可以在不受海水侵害的內(nèi)腔室中產(chǎn)生碳酸鈣，而不是像以前認(rèn)為的那樣，在暴露的地方產(chǎn)生碳酸鈣。這些發(fā)現(xiàn)以及不同的結(jié)晶速率，可以解釋為什么一些物種對(duì)酸化威脅更具彈性。

石珊瑚從海水中提取鈣和碳酸鹽離子，生成碳酸鈣，然后以無(wú)定形顆粒的形式附著在不斷生長(zhǎng)的骨骼上，逐漸硬化成不易溶解的“霰石”晶體結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，這些顆粒形成并生長(zhǎng)在骨骼表面一層2μm厚的液體層中，稱(chēng)為細(xì)胞外鈣化液（extracellular calcifying fluid，ECF）。由于珊瑚中共生生物的光合作用，ECF的pH在白天上升，然后在晚上下降。正常情況下，這并不是問(wèn)題，但由于ECF部分暴露在海水中，當(dāng)海水pH下降時(shí)，ECF也會(huì)發(fā)生一定程度的酸化。GILBERT和他的同事稱(chēng)，這將干擾碳酸鈣的形成和沉積，并殺死對(duì)pH下降最敏感的珊瑚。相反，如果碳酸鈣顆粒的成核和生長(zhǎng)發(fā)生在不受海水和ECF影響的細(xì)胞內(nèi)腔室中，如同GILBERT小組最近的假設(shè)，那么即使是敏感物種也有機(jī)會(huì)在酸化過(guò)程中生存，只要pH不過(guò)低。研究人員決定研究這個(gè)問(wèn)題。

在珊瑚樣本中，研究小組在ECF上方的細(xì)胞層中檢測(cè)到了無(wú)定形的碳酸鈣顆粒。研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)與這些細(xì)胞內(nèi)封閉囊泡（或小囊泡）內(nèi)顆粒的生長(zhǎng)相一致。這意味著這些顆粒是在遠(yuǎn)離海水的情況下安全地形成的，而不是在ECF中。然而，一旦附著在生長(zhǎng)的骨骼表面，他們就暴露在ECF中，在那里他們?cè)诮Y(jié)晶之前就有溶解的風(fēng)險(xiǎn)。研究小組發(fā)現(xiàn)，不同物種的結(jié)晶速率差異很大。例如，一種已知不太容易受到海洋酸化影響的柱狀珊瑚Stylophora pistillata，它新添加的碳酸鈣結(jié)晶更快，溶解的時(shí)間更短。該研究得到了美國(guó)能源部、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和歐洲研究委員會(huì)的資助。

楊林林 USA：Why some stony coral species are better at surviving ocean acidification，2022-02-09