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酸化如何折了海蝴蝶的“翅膀” |
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人为碳排放使海洋生物面临灭顶之灾 |
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酸性海水会损伤蜗牛的贝壳。
海洋学家长期以来警告称，二氧化碳排放量的上升使世界海洋酸性加重，同时也威胁着海洋生命。在广阔的海洋里，这些担忧绝大多数似乎是理论上的，直到近日，沿着美国海岸1500公里长的一片区域，研究人员发现酸化海水正在溶解小海螺的贝壳。科学家预测，至少一半的这种损害与人为排放有关。
该研究的负责人、西雅图市国家海洋和大气管理局（NOAA）生物海洋学家Nina Bednar?觢ek表示，这种伤害的“绝对空间幅度让我感到惊讶”。研究人员发现蜗牛能展示出对腐蚀性海水的抵抗力，因此“这是我们之前未曾预测到的”。科学家还表示，随着排放的继续，这种情况可能会恶化，而随着海洋食物链被打破，那些以翼足类动物为食的生物也凶多吉少。
海洋预计吸收了1/3的人为二氧化碳排放。这有助于减缓全球变暖，但也会触发化学反应降低海洋的pH值。目前，表面海水的平均pH值约为8.1——自工业革命开始以来酸度增加了30%，而研究人员预测，如果二氧化碳排放保持在当前的水平上，到2100年，这一数值将为7.8。
实验室研究发现，更强腐蚀性的海水会伤害海洋生物的卵和幼崽，甚至能溶解无脊椎动物的壳。但这样的溶解是否已经在海洋中上演还不得而知。为了找到答案，Bednar?觢ek和同事对翼足类动物——海洋蜗牛进行研究，这种动物因其翼状的身体部位而被昵称为海蝴蝶。它们主要集中在加利福尼亚洋流生态系统中，从加拿大不列颠哥伦比亚延伸至加利福尼亚。
研究人员从沿洋流分布的17个地点海水上部100米的范围里收集了超过1000个微型软体动物鯱螺（Limacina helicina）的样本。电子显微镜分析显示，38%的正常平滑贝壳表现出严重溶解迹象。研究人员将相关报告在线发表于《皇家学会学报B》上。Bednar?觢ek提到，受损贝壳被蚀刻或留有凹痕，其钙晶体结构与花椰菜类似。
加利福尼亚洋流是已知的海洋酸化危险地区。风沿着大规模的向南洋流驱动了更深、更冷海水的广阔沿岸上升流，这些海水天然比表层海水更酸。但是，有很多生物体能很好地适应这种挑战性环境。“如此严重的损害让我有点惊讶，但或许我不该如此。”加拿大渔业和海洋部退休生物海洋学家David Mackas说。
该NOAA研究小组表示，人为造成的海水酸化似乎能解释这种意想不到的模型结果，该模型能帮助他们预测过去和未来的贝壳损害。研究人员发现，贝壳损伤的数量与海水腐蚀直接相关。基于过去的海洋条件数据，科学家推测了工业化时代以前的海洋条件。结果是：工业化时代以前的海洋酸化可能威胁了这些地点中约18%的加利福尼亚洋流翼足类动物的生存，而人为导致的海洋酸化则使这种影响加倍。分析结果显示，未来的问题将会更严重。而且在相对较浅且腐蚀性格外大的区域，这种损害率将从目前的53%上升至2050年的71%。
尽管该模型充满了假设结果，但英国南极调查局生物海洋学家Geraint Tarling认为这是“有效的”。不过，依然存在很多重要问题。其中一个是，贝壳损伤是如何影响翼足类动物种群的，这些生物最后是否能够适应。之前有研究显示，受伤的外壳会让翼足类动物更难抵御感染、维持新陈代谢活动、对抗捕食者或控制浮力等。
但Tarling表示，其实验室研究显示，蜗牛有时能“从内部修补自己的壳”，并且他提到，要充分理解溶解和死亡率之间的关系还需要更多的工作。该NOAA研究小组并未研究此类机制，但相关论文报告称，没有证据显示这些翼足类动物出现了进化的“修复力”。它们是西海岸渔场的主要食物来源。
该领域很快需要更深刻的观察。研究人员正忙于探索其他水域翼足类动物的命运，包括大西洋的缅因湾，以了解这些海蝴蝶是如何应对日益严峻的栖息环境的。（张章）
《中国科学报》 (2014-05-12 第3版 国际)
