海洋弱光層中大量存在的長(zhǎng)鉆光魚(yú)（來(lái)源：Woods Hole Oceanographic Institution/Paul Caiger）

摘要：海洋弱光層在海洋生態(tài)系統(tǒng)中擁有重要的地位。目前，人們對(duì)該區(qū)域的了解甚少，那里的生物多樣性和功能也未被深入研究。最新發(fā)表的Nature評(píng)論文章倡議：要對(duì)弱光層進(jìn)行一次“海洋人口普查”，并特別提到：UVP和EcoTaxa等新設(shè)備、新技術(shù)可幫助對(duì)弱光層的浮游生物進(jìn)行研究！

弱光層是海洋真光層與無(wú)光層之間的過(guò)渡層，是海洋表層生物與深海生態(tài)系統(tǒng)之間的連接樞紐。它在清除大氣中的二氧化碳及將碳儲(chǔ)存到深海中起著重要的作用。另外，弱光層中包含了世界海洋中最大的魚(yú)類(lèi)資源，并且開(kāi)發(fā)甚少。地球上最大的遷徙活動(dòng)也發(fā)生在弱光層。

與靠近海岸及大陸架上方的水域相比，海洋弱光層目前更加原始，且受到破壞的程度更低，因此它更加需要得到人們的關(guān)注，從而在它受到破壞之前對(duì)它進(jìn)行研究、保護(hù)。

2020年3月31日，Nature發(fā)表評(píng)論文章，呼吁全球科學(xué)家關(guān)注海洋弱光層生物。文章提到：想要研究弱光層的功能，首先應(yīng)該搞清楚這個(gè)問(wèn)題：有多少生物生活在弱光層，它們的多樣性如何？并提出可以利用一系列創(chuàng)新的工具和技術(shù)，對(duì)弱光層進(jìn)行一次“海洋人口普查”。

文章中認(rèn)為從細(xì)菌到大型鯨類(lèi)動(dòng)物的有機(jī)生物體都需要被計(jì)數(shù)。像水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統(tǒng)（UVP）這樣的設(shè)備就可以部署到弱光層，用來(lái)幫助捕獲浮游生物的圖像。

UVP5主要用來(lái)研究大型（>100 µm）顆粒物和浮游生物，可以對(duì)水中顆粒物和浮游生物進(jìn)行量化。它采用傳統(tǒng)的照明設(shè)備和經(jīng)電腦處理的光學(xué)技術(shù)，能夠獲得浮游生物的原位數(shù)字圖像，最大操作深度可達(dá)6000m。另外，新版本的UVP6-LP還可以搭載到低速，空間有限及功率低的載體上，如剖面浮標(biāo)，滑翔機(jī)，浮標(biāo)，系泊設(shè)備，水下機(jī)器人等，從而擴(kuò)展取樣范圍，獲取科考船只無(wú)法到達(dá)區(qū)域的浮游生物圖像。

UVP5水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統(tǒng)圖片

UVP6-LP搭載到Argo浮標(biāo)及ROV上

將UVP拍攝得到的圖片進(jìn)行處理后，可上傳到一個(gè)基于Web的應(yīng)用程序——EcoTaxa上面，然后利用上面已有的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)獲取的浮游生物圖片進(jìn)行自動(dòng)鑒定、分類(lèi)，從而得到該批浮游生物具體的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

UVP5及UVP6-LP拍攝的浮游生物圖片

此外，也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究的方式來(lái)探究弱光層的浮游生物種類(lèi)組成。使用浮游生物網(wǎng)在弱光層特定站位采樣后，采用甲醛等固定液將其固定保存。保存好的浮游動(dòng)物樣品隨后可利用ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)進(jìn)行分析。

ZooSCAN可以對(duì)浮游生物樣品掃描，形成數(shù)字化圖像，其自帶的ZooProcess軟件會(huì)以標(biāo)準(zhǔn)化的程序處理原始圖像并測(cè)量圖片中不同個(gè)體的形態(tài)學(xué)參數(shù)，通過(guò)對(duì)形態(tài)學(xué)參數(shù)的提取與分析，可進(jìn)一步獲得樣品的粒徑組成、生物學(xué)體積等信息。最后，通過(guò)EcoTaxa已建立的浮游生物數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)已掃描的樣品圖像進(jìn)行種類(lèi)自動(dòng)識(shí)別，獲得不同類(lèi)群浮游生物的數(shù)量。

ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)圖片

EcoTaxa對(duì)UVP獲取的浮游生物圖片進(jìn)行分類(lèi)鑒定

EcoTaxa對(duì)ZooSCAN獲取的浮游生物圖片進(jìn)行分類(lèi)鑒定

而較大些的生物可以采用短程高頻聲學(xué)類(lèi)的傳感器進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)把這些設(shè)備部署在弱光層時(shí)，可以幫助區(qū)分魚(yú)類(lèi)和管水母。此外，從環(huán)境中獲取的DNA也可以用來(lái)推斷某些行蹤隱蔽或者比較脆弱的動(dòng)物種類(lèi)及其多樣性，如喙鯨和凝膠狀生物。

世界人口的增長(zhǎng)對(duì)食物的需求越來(lái)越大；海底開(kāi)采礦物和金屬可能會(huì)將廢物釋放到該地區(qū)；氣候變化正在改變海洋的溫度、酸化和氧氣水平……這些問(wèn)題都在使海洋弱光層面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)，從而也敦促著世界范圍內(nèi)的科學(xué)家要加快速度，對(duì)這個(gè)復(fù)雜的全球生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的了解，從而判斷氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)它的影響及其未來(lái)可能的發(fā)展趨勢(shì)。

水德愿與您同行，一起抓住機(jī)遇，加快對(duì)海洋弱光層研究的腳步，為后代保護(hù)這一巨大的生態(tài)系統(tǒng)作出貢獻(xiàn)！

參考文獻(xiàn)

1. Adrian M.et al. Nature 580, 26-28 (2020)

2. Hidalgo, M. & Browman, H. J. ICES J. Mar. Sci. 76, 609-615 (2019).

3. Drazen, J. C. Res. Ideas Outcomes 5, e33527 (2019).

4. Seibel, B. A. & Wishner, K. F. in Ocean Deoxygenation: Everyone’s Problem (eds Laffoley, D. & Baxter, J. M.) Ch. 8.1, 265-276 (IUCN, 2019).

5. DeVries, T., Primeau, F. & Deutsch, C. Geophys. Res. Lett. 39, L13601 (2012).

6. Giering, S. L. et al. Nature 507, 480-483 (2014).

7. Davison, P. C., Checkley, D. M., Koslow, J. A. & Barlow, J. Progr. Oceanogr. 116, 14-30 (2013).

8. Irigoien, X. et al. Nature Commun. 5, 3271 (2014).

9. Mayor, D. M., Sanders, R., Giering, S. L. C. & Anderson, T. R. Bioessays 36, 1132113 (2014).

10. Boyd, P. W., Claustre, H., Levy, M., Siegel, D. & Weber, T. Nature 568, 327-335 (2019).

11. Kwon, E. Y., Primeau, F. & Sarmiento, J. L. Nature Geosci. 2, 630-635 (2009).

12. Briggs, N., Dall’ Olmo, G. & Claustre, H. Science 367, 791-793 (2020).

13. Guidi, L. et al. Nature 532, 465-470 (2016).

14. Behrenfeld, M. J. et al. Nature 576, 257-261 (2019).