探測海水酸化與生態關系新試驗初見成效

圖片來源：《自然》

　　全球變暖并非不斷增加的碳排放量所導致的唯一令人憂心的后果。由于大氣中二氧化碳含量升高，更多的氣體溶解到海洋中，使海水的酸性增強。

　　海洋科學家擔心，目前的境況將破壞生態系統。然而，對于這種影響，目前尚無明確的定論：在小規模的實驗室測試中，某些物種表現出驚人的適應力，有些甚至生長得很旺盛。

　　海洋科學家Ulf Riebesell表示，這些結果僅能說明一部分問題，科學家需要將測試范圍擴大到整個生態系統。針對某個物種的實驗室研究忽視了一些變量，諸如競爭關系、捕食作用和疾病等。即使海洋酸化對個別物種的生存所產生的影響很小(尤其是小的光合生物，諸如浮游植物)，這也會打破原有的食物鏈，最終對更多的物種構成負面影響。他說：“如果僅僅關注實驗室的研究結果，那么人們將會被誤導。”

　　Riebesell就職于德國基爾市亥姆霍茲海洋研究中心(GEOMAR)。他和同事已經開發出一種創新實驗環境——懸浮在海洋中高20米的液囊，它是整個生態系統的縮影，可以探測到不斷增多的二氧化碳所造成的影響。

　　今年發表的第一份研究結果顯示，一些浮游生物在酸性環境下能“茁壯成長”，并對食物鏈造成嚴重的破壞。另一個實驗將于7月結束，初步的結果顯示，海螺和海膽易受到海洋酸化的影響。

　　該實驗構想來自于陸地上類似現象的啟發。在陸地上，大片的森林被籠罩在額外的二氧化碳中，以研究二氧化碳對植物的影響。對于海洋而言，Riebesell和同事構建了海洋圍隔生態系實驗——薄塑料制成的懸浮的圓筒，起到巨大試管的作用。當首次被放置在水中時，囊的底部和頂部都是打開的，以便成百上千的物種進入。幾天后，囊被關閉，研究人員把酸化的海水注入其中。幾周或數月后，研究人員觀測內部生態系統的變化，并與那些未經處理的囊中的生態系統進行了對比。

　　實現這個簡單構想的過程非常曲折。自2006年起，科學家便開始在波羅的海用一個自由漂浮的模型進行實驗，但水流的作用使它漂浮得比預想的快，科學家不得不用科考船來追趕它。僅2天后，他們就到達了瑞典海域——研究人員并沒有取得該區域的研究許可。他們試圖恢復海洋圍隔生態系統實驗裝置，但最終失敗。

　　2010年，該研究團隊成功實施第一次實驗。他們采用了一種更輕便的設計，并將地點選在了斯瓦爾巴群島(挪威屬地)。研究人員發現，相較于控制組，酸性海洋圍隔生態系統產生了較少的二甲基硫——這種氣體有助于形成云，反射太陽光以及中和氣候變暖。 Riebesell不確定變化發生的原因是什么，不過他認為實驗中的浮游生物可能產生了更少的氣體，或是酸化的海水影響了其穩定性。

　　超微藻類是能進行光合作用的最小有機體，研究發現，它們在酸化的海水中能生長得更好。但與此同時，硅藻的生長卻受到了嚴重影響。這種轉變意味著超微藻類將攫取更多的營養，而大型生物，例如魚類，則遭了殃。事實上，初步的研究結果顯示，海膽和海螺的幼蟲難以在酸化的海水中生存，但是科學家認為，主要的原因并不是下降的食物質量，而病原體以及外殼生成問題的增加也是不可忽視的負面因素。

　　美國加州大學圣克魯茲分校海洋學家Adina Paytan指出，Riebesell的研究在實驗室與野外現場研究之間找到了一個契合的平衡點，極大地推進了該領域的發展。她設計的海洋酸化研究則采用了不同的系統論方法，著重研究墨西哥灣海底富含二氧化碳的溫泉區域，也被稱為“自然的圍隔生態系統”。

　　Riebesell說，這些地區是研究靜止海草的良好天然實驗室，但卻不是研究可以自由移動的有機體的好地方。不過Paytan注意到，Riebesell的圍隔生態系統存在一些問題：例如，塑料墻會過濾掉一些紫外線光，從而為光合生物移除了一種自然壓力。而且那些管子是不可滲透的，水中的營養會慢慢枯竭，因此實驗周期只有短短幾個月。盡管如此，Paytan說：“我們仍然從Riebesell的實驗中學到了很多東西。”

　　根據今年的規劃，新實驗會在瑞典的古爾馬峽灣進行。實驗設備包括5個作為對照組的海洋圍隔生態系統實驗裝置，以及5個經過人為酸化的海洋圍隔生態系統實驗裝置。本次為期半年的實驗將于7月結束，是目前為止實驗周期最長的一次，也正是通過這次實驗，研究者監控到了一場自然浮游生物的繁殖高潮。

　　Riebesell與他的團隊似乎對混合使用自然的與受控的海洋圍隔生態系統實驗裝置進行實驗感到很滿意。而GEOMAR的海洋生物學家Matias Scheinin則利用液囊來探究自然的選擇。通過追蹤研究大量獨立種系的硅藻(它們可以在數月時間內繁衍好幾百代)，Scheinin希望辨別出那些即使在酸化的海洋環境內也能夠旺盛繁殖的種系。他將仔細審查這些種系，找出使得它們旺盛繁殖的基因，以便研究生物適應性的機制與速率。

　　長久以來，在數次氣候變化中，海洋也經歷了數次海水酸化的過程。Scheinin希望通過人為加速物種進化，從而略窺它們真正的未來。他說：“我對海洋生物能夠通過生物進化來對抗海水酸化一事抱有希望，畢竟相似的情況在歷史上也曾出現過數次。”