作者:段歆涔 来源:中国科学报 发布时间:2013-7-4 8:42:02
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管中窥海 何止一斑
探测海水酸化与生态关系新试验初见成效

 
图片来源:《自然》
 
全球变暖并非不断增加的碳排放量所导致的唯一令人忧心的后果。由于大气中二氧化碳含量升高,更多的气体溶解到海洋中,使海水的酸性增强。
 
海洋科学家担心,目前的境况将破坏生态系统。然而,对于这种影响,目前尚无明确的定论:在小规模的实验室测试中,某些物种表现出惊人的适应力,有些甚至生长得很旺盛。
 
海洋科学家Ulf Riebesell表示,这些结果仅能说明一部分问题,科学家需要将测试范围扩大到整个生态系统。针对某个物种的实验室研究忽视了一些变量,诸如竞争关系、捕食作用和疾病等。即使海洋酸化对个别物种的生存所产生的影响很小(尤其是小的光合生物,诸如浮游植物),这也会打破原有的食物链,最终对更多的物种构成负面影响。他说:“如果仅仅关注实验室的研究结果,那么人们将会被误导。”
 
Riebesell就职于德国基尔市亥姆霍兹海洋研究中心(GEOMAR)。他和同事已经开发出一种创新实验环境——悬浮在海洋中高20米的液囊,它是整个生态系统的缩影,可以探测到不断增多的二氧化碳所造成的影响。
 
今年发表的第一份研究结果显示,一些浮游生物在酸性环境下能“茁壮成长”,并对食物链造成严重的破坏。另一个实验将于7月结束,初步的结果显示,海螺和海胆易受到海洋酸化的影响。
 
该实验构想来自于陆地上类似现象的启发。在陆地上,大片的森林被笼罩在额外的二氧化碳中,以研究二氧化碳对植物的影响。对于海洋而言,Riebesell和同事构建了海洋围隔生态系实验——薄塑料制成的悬浮的圆筒,起到巨大试管的作用。当首次被放置在水中时,囊的底部和顶部都是打开的,以便成百上千的物种进入。几天后,囊被关闭,研究人员把酸化的海水注入其中。几周或数月后,研究人员观测内部生态系统的变化,并与那些未经处理的囊中的生态系统进行了对比。
 
实现这个简单构想的过程非常曲折。自2006年起,科学家便开始在波罗的海用一个自由漂浮的模型进行实验,但水流的作用使它漂浮得比预想的快,科学家不得不用科考船来追赶它。仅2天后,他们就到达了瑞典海域——研究人员并没有取得该区域的研究许可。他们试图恢复海洋围隔生态系统实验装置,但最终失败。
 
2010年,该研究团队成功实施第一次实验。他们采用了一种更轻便的设计,并将地点选在了斯瓦尔巴群岛(挪威属地)。研究人员发现,相较于控制组,酸性海洋围隔生态系统产生了较少的二甲基硫——这种气体有助于形成云,反射太阳光以及中和气候变暖。Riebesell不确定变化发生的原因是什么,不过他认为实验中的浮游生物可能产生了更少的气体,或是酸化的海水影响了其稳定性。
 
超微藻类是能进行光合作用的最小有机体,研究发现,它们在酸化的海水中能生长得更好。但与此同时,硅藻的生长却受到了严重影响。这种转变意味着超微藻类将攫取更多的营养,而大型生物,例如鱼类,则遭了殃。事实上,初步的研究结果显示,海胆和海螺的幼虫难以在酸化的海水中生存,但是科学家认为,主要的原因并不是下降的食物质量,而病原体以及外壳生成问题的增加也是不可忽视的负面因素。
 
美国加州大学圣克鲁兹分校海洋学家Adina Paytan指出,Riebesell的研究在实验室与野外现场研究之间找到了一个契合的平衡点,极大地推进了该领域的发展。她设计的海洋酸化研究则采用了不同的系统论方法,着重研究墨西哥湾海底富含二氧化碳的温泉区域,也被称为“自然的围隔生态系统”。
 
Riebesell说,这些地区是研究静止海草的良好天然实验室,但却不是研究可以自由移动的有机体的好地方。不过Paytan注意到,Riebesell的围隔生态系统存在一些问题:例如,塑料墙会过滤掉一些紫外线光,从而为光合生物移除了一种自然压力。而且那些管子是不可渗透的,水中的营养会慢慢枯竭,因此实验周期只有短短几个月。尽管如此,Paytan说:“我们仍然从Riebesell的实验中学到了很多东西。”
 
根据今年的规划,新实验会在瑞典的古尔马峡湾进行。实验设备包括5个作为对照组的海洋围隔生态系统实验装置,以及5个经过人为酸化的海洋围隔生态系统实验装置。本次为期半年的实验将于7月结束,是目前为止实验周期最长的一次,也正是通过这次实验,研究者监控到了一场自然浮游生物的繁殖高潮。
 
Riebesell与他的团队似乎对混合使用自然的与受控的海洋围隔生态系统实验装置进行实验感到很满意。而GEOMAR的海洋生物学家Matias Scheinin则利用液囊来探究自然的选择。通过追踪研究大量独立种系的硅藻(它们可以在数月时间内繁衍好几百代),Scheinin希望辨别出那些即使在酸化的海洋环境内也能够旺盛繁殖的种系。他将仔细审查这些种系,找出使得它们旺盛繁殖的基因,以便研究生物适应性的机制与速率。
 
长久以来,在数次气候变化中,海洋也经历了数次海水酸化的过程。Scheinin希望通过人为加速物种进化,从而略窥它们真正的未来。他说:“我对海洋生物能够通过生物进化来对抗海水酸化一事抱有希望,毕竟相似的情况在历史上也曾出现过数次。”(段歆涔)
 
《中国科学报》 (2013-07-04 第3版 国际)
 
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