一项持续十年的实验正在揭开海洋“深礁”的神秘面纱

# 一项长达十年的实验正在揭开海洋“深礁”的奥秘 Source: https://www.wired.com/story/inside-decade-long-experiment-to-understand-oceans-mysterious-deep-reefs/ 科学家们将装置放置在水下最深达100米的地方。十年后回收它们时，他们发现了什么。 一堆覆盖着海洋生物的板片躺在昏暗水域中的一块珊瑚旁。 中光层带（mesophotic zone）中的自主珊瑚礁监测结构（ARMS）。 摄影：Luiz Rocha *本文最初发表于 Vox（https://www.vox.com/the-highlight/500853/inside-a-quest-to-learn-about-the-oceans-mysterious-deep-reefs?view_token=eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpZCI6InV5aVA2MzZkaWUiLCJwIjoiL3RoZS1oaWdobGlnaHQvNTAwODUzL2luc2lkZS1hLXF1ZXN0LXRvLWxlYXJuLWFib3V0LXRoZS1vY2VhbnMtbXlzdGVyaW91cy1kZWVwLXJlZWZzIiwiZXhwIjoxNzkxODQ4NjEzLCJpYXQiOjE3OTA2MzkwMTN9.-_1cqAbNV4zzzljEKYYdrBkEJRW0z36OyMmseQcpj0I&utm_medium=gift-link），并属于 Climate Desk（https://www.climatedesk.org/）协作项目的一部分。* 去年五月一个阳光明媚的日子里，我站在一艘船上，四周是帕劳岛国碧绿的海水（https://www.wired.com/story/covid-pacific-islands-lockdown/）。我来到西太平洋，观看一群水肺潜水员为打捞一个神秘水下世界的证据做准备。 帕劳以其壮观而丰富的珊瑚礁（https://www.wired.com/story/plastic-is-melting-onto-corals/）而闻名。但这些潜水员计划潜过那些阳光普照的海洋群落，进入一个鲜为人知的暮光地带——被称为"中光层珊瑚生态系统"。 图片可能包含 Jason Worilds、船只、交通工具、划船、休闲活动、运动、水和水上运动 潜水员准备从"深礁"中回收研究装置。 摄影：Byrd Pinkerton/Vox 中光层（mesophotic）一词的本意是"中间"和"光线"，这正是这些生态系统所在的位置——既不在明亮的白昼之中，也不在彻底的黑暗（https://www.wired.com/story/a-golden-orb-on-the-ocean-floor-came-from-a-mysterious-animal/）之下，而是介于两者之间。为了简单起见，我们将这些位于水下约30米到150米范围内的群落统称为"深礁"。 与我同船的潜水员中有一位名叫 Luiz Rocha 的动物学家和加州科学院的策展人，他花了数十年研究这些深礁及其秘密。 "水下30米到150米之间的区域，真的是、真的完全未知。"他告诉我。 由于这些深礁如此未知，像 Rocha 这样的研究人员面临着许多重大疑问。他们希望获得这些生态系统运作的基线图景——哪怕只是了解哪些生物生活在那里！——以便更好地理解它们的运作方式。他们也在试图弄清楚，这些深礁是否可能为生活在较浅珊瑚礁中的物种提供庇护所（https://www.science.org/doi/10.1126/science.aaq1614）。 我来到帕劳，是为了参与 Vox 的播客节目《Unexplainable》（https://www.vox.com/unexplainable）。因为在2016年，为了收集更多关于这些神秘地点的信息，Rocha 在这些暮光深度下放置了一些科学装置。那些装置随后在近十年间逐渐被各种海洋生物所附着。而现在，Rocha 回来回收它们，希望他——以及许多其他科学家——能够打开它们，就像打开一盒科学拼图一样，里面充满了关于这个被严重低估的海洋世界的线索。 关于中光层珊瑚生态系统的研究论文中经常提到的一个事实是，科学家们了解的东西远不及他们想要的那么多。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）2019 年关于这些生态系统的一篇文章（https://oceanexplorer.noaa.gov/expedition-feature/19coral-connectivity-gomex-background-mesophotic-corals/）中充满了"可能"（may），比如：它们*可能*"作为对经济和生态都重要物种的关键鱼类栖息地（https://www.wired.com/story/why-great-white-sharks-are-overrunning-maine/）"。 图片可能包含自然、户外、水、水下、动物、珊瑚礁、海洋、海洋生物、成人、人物和海床 Luiz Rocha 希望回答一些根本性问题：在这微弱的光线下，这里一切的主要能量来源是什么？食物链是什么样的？生物是如何演化到能在这些深度生存的？ 摄影：Luiz Rocha 当然，研究人员也了解一些情况。他们知道，这些深礁分布的区域与较浅的珊瑚礁大体相同（https://wired.com/story/there-are-bright-spots-in-the-global-coral-reef-catastrophe/）——主要是世界上的热带和亚热带地区，如密克罗尼西亚、加勒比海，甚至墨西哥湾。他们发现，有许多物种似乎只存在于这些地方，而最近的研究（https://www.nature.com/articles/s41467-023-42279-2）表明它们对气候变化存在潜在的敏感性（https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2303336121）。 研究人员还初步了解了这些深礁与它们较浅的珊瑚邻居之间的某些关键差异。在浅礁中，硬珊瑚与进行光合作用的藻类共生（https://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_corals/coral02_zooxanthellae.html）。藻类为珊瑚提供养分，而珊瑚则分泌碳酸钙基质，帮助构建珊瑚礁的架构。 然而，随着深度增加，光线开始减弱，光合作用的机会也随之减少（https://www.wired.com/story/how-does-life-happen-when-theres-barely-any-light/）。温度也下降了。因此，生活在深礁中的动物，是那些能在更暗、更冷的环境中生存的生物。 科学家可以潜入深礁来了解更多这些研究不足的地方——就像 Rocha 所做的那样——但在100米深度的探索比在较浅深度需要更困难、更危险的技术潜水。例如，你潜得越深，气体就越快被压入你的组织，这就限制了这种极深潜水的可能性。 "我们的时间非常、非常短。"Rocha 说，"我说的短，是指五分钟。六分钟，七分钟。" 在那段时间里，科学家们可以拍几张照片、做一些测量，或者采集一些样本，但然后他们必须向上返回——这个过程可能需要数小时，因为他们必须缓慢上升以避免减压病。 显然，以五到七分钟的时间间隔来研究生态系统效率并不高。人们还使用遥控潜水器（https://academic.oup.com/icesjms/article/74/9/2309/3855117?）和载人潜水器（https://fish.uw.edu/2019/06/deep-submersible-dives-shed-light-on-rarely-explored-coral-reefs/）来探索深礁，但这些设备也有自己的问题，摄像头并不总能捕捉到你想要的全部细节，也无法拍摄更隐蔽、更躲藏的动物。因此，关于这些生态系统的科学知识仍然存在巨大的空白。 "无论我们去哪里，"Rocha 说，"我们发现的第一件事就是新物种。这是你在科学中最基础的事情了。"但这项工作并不仅仅是编目鱼类、海绵或海蛞蝓的新物种。 Rocha 希望回答一些根本性问题，比如：在这微弱的光线下，这里一切的主要能量来源是什么？食物链是什么样的？生物是如何演化到能在这些深度生存的？它们与浅水生态系统有多相似，又有多不同？它们受气候变化的影响如何（https://www.wired.com/story/the-oceans-just-keep-getting-hotter/）——以及保护它们的最有效方法是什么？ 但 Rocha 说："在某种程度上，我们甚至不知道该问什么问题。只有当我们对这个生态系统有了基线了解时，我们才能真正知道哪些是关键问题。而对深礁来说，我们还没有做到这一点。" 面对围绕这些深礁的大量问号，Rocha 并没有退缩。多年来，他一直在收集关于它们的基本信息片段，通常通过那些非常短暂的潜水。 不过大约十年前，Rocha 对另一种采样这类海洋生态系统生物多样性的方法产生了兴趣——一种涉及"自主珊瑚礁监测结构（https://naturalhistory.si.edu/research/global-arms-program）"（ARMS）的技术。 基本上，每个 ARMS 是一摞由几块 PVC 板片组成的装置，板片之间以均匀间隔分开，并固定在一块底板上。它们看起来就像一座座灰色的小旅馆，毫无特色。你把它们带到你想研究的地方，放下去，固定好，然后让它们在那里待上一段时间，去收集……生命。 图片可能包含自然、户外、水、动物、珊瑚礁、海洋、海洋生物、人物、冒险和休闲活动 左下角有一个覆盖着生物的 ARMS。 摄影：Steve Lindfield "只要你把任何一种干净的结构物放到珊瑚礁上，"Rocha 说，"它就开始被周围一切生物的幼体所定殖——海绵、柳珊瑚、珊瑚的幼体。然后，因为板片之间有很多藏身之处——就像旅馆的楼层之间——虾、软体动物、海鞘，你能想到的海洋里的一切，都开始在上面定居。它就变成了一个稳定的、多样的迷你珊瑚礁，可以说，里面充满了大量的生物多样性，这些生物多样性在任何一个珊瑚礁上都很难一次性采集到。" 在初次投放几年后，你回来回收 ARMS，然后研究生长在其上的迷你珊瑚礁。你可以随心所欲地采样、触摸和分析。 这不仅是大量采集各种生物的一种非常有效的方式，而且也是以标准化方式进行这项工作的绝佳方式。如果你亲自下去——或者派机器人下去——从珊瑚礁上采集一块附着生物的岩石，你可以了解到上面生物的很多信息，但很难将那块岩石上的生命与来自其他珊瑚礁甚至同一珊瑚礁其他岩石上的生命进行比较，因为每块岩石都有其独特的特性。而 ARMS 则不同。 "每个都一样。"史密森尼学会全球 ARMS 项目主任 Chris Meyer 告诉我。"这是预制的房屋，你只需要看看谁搬进来了。" 对 Rocha 来说，这似乎是获得对深礁长期而深入观察的好方法，而不是像潜水那样只是短暂的一瞥。他还告诉我，部署这些装置的成本相当低。因此，从2016年到2018年，在一些私人资金的支持下，他和同事们在帕劳周围的一些深礁投放了 ARMS——还在关岛、马绍尔群岛和法属波利尼西亚投放了装置。他们在大约50米深处安装了一些，在大约100米深处安装了一些，还在大约10米深处安装了一些，这样他就可以将深礁与其较浅的邻居进行比较。 之后，他开始等待。 事实上，他等待的时间比他愿意的更长，因为回收 ARMS 的成本比投放它们更高，所以他必须争取更多的资金。 最终，私人资助者同意为 Rocha 留下的 ARMS 的回收提供资金。这就是他和潜水伙伴们最终再次回到帕劳船上，准备从深处打捞这些装置的原因。 图片可能包含自然、户外、水、冒险、休闲活动、人物、水肺潜水、运动、成人和衣物 深水潜水员正在回收 ARMS。他们将装置放入透明的容器中以防止生物被冲走，然后像接力赛一样把它们传递给较浅水域的潜水员。 照片来源：Susanne Bähr 在几天的时间里，我目睹了一个完整的团队从帕劳的深礁中打捞出好几个 ARMS。有些 ARMS 上的生物相对稀疏，但另一些几乎毛茸茸地覆盖着生物——充满活力的红色、橙色、绿色、粉红色和白色。有一个上面附着着一块巨大的海绵；另一个上面垂着几缕精致的枝条，像珊瑚藻类的蕨叶一样。每天采集到的 ARMS 都装在装满海水的箱子里运往帕劳国际珊瑚礁中心，科学家们在那里迅速开始工作——近距离观察和触摸（以及嗅闻）这个神秘的生态系统。 这个过程实际上是奇妙的兴奋与一条运转顺畅、以 Cheez-It 饼干为燃料的拆卸流水线的结合体。板片被拆开后，Meyer 为这些板片拍摄了照片——他称之为"这个地方的时间胶囊"。实验室里的其他人则仔细翻检着装满碎片的托盘，寻找小螃蟹、蠕虫和软体动物，或者从板片上刮下样本放进试管中。 他们采集了海鞘——据说是与我们亲缘关系最近的无脊椎动物（https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6786877/）。他们采集了海绵——有在水中摸上去是干的扁平海绵，有厚实的、长着小刺的、像静止不动的小毛毛虫一样的海绵，还有一块薄如一片皮肤、贯穿着银色丝线的海绵。他们采集了被称为八放珊瑚的奇异软珊瑚，还采集了称为苔藓虫的动物群体，它们形成了看起来像旋转的二维蜂巢一样的结构。 "我们在寻找每一个独特的东西，我们称之为形态种（morphospecies）。"一位名叫 Sarah Tweedt 的史密森尼学会研究生物学家解释道。"我们试图从所有这些东西中获取一些有代表性的组织样本，这样我们就可以进行 DNA 测序（https://www.wired.com/story/entire-book-written-in-dna-buy-it-60-dollars/），并将 DNA 与生物体进行匹配。" 当然，这假设我们现有的 DNA 库中*已经*存在已知的遗传匹配。 在我与团队相处的第一天，一位加州科学院的策展人 Terry Goslinger 就确定了几个可能的新物种。他是色彩斑斓、令人赏心悦目的裸鳃海蛞蝓方面的专家，凭借深厚的专业知识（也因为裸鳃海蛞蝓鲜艳的色彩和图案使它们比某些其他水下生物更容易区分），他能够对某些物种是否可能是科学上的新物种做出一些现场判断，但有待基因检测确认。 不过，许多动物则更难确定身份。研究人员尽了最大努力来鉴定他们发现的生物，但即使到了现在，几个月过去了，还有很多工作要做。在近3000个标本中，只有很小一部分被鉴定到了物种级别。这些数字有些不精确，因为研究人员仍在处理数据，但当我与该项目的加州科学院博士后研究员 Susanne Bähr 联系时（七月份），她告诉我只有 3% 的样本被鉴定到了物种级别，不到20个被鉴定到了属级别。更多的样本只被鉴定到了更高、更广泛的分类级别。对样本的基因检测，配合样本的照片和描述，将帮助人们更具体地确定物种，还有助于他们确定某些物种是否对科学界而言是新的（https://www.wired.com/story/a-new-species-of-tiny-octopus-was-discovered-in-the-galapagos-islands/）。 图片可能包含动物、食物、无脊椎动物、海洋生物、海鲜和虾 像这些甲壳类动物这样的小型活动生物被放在杯子里，直到它们被鉴定、拍照和描述。 摄影：Byrd Pinkerton/Vox 这项工作中最重要的部分将不仅仅是鉴定物种。事实上，我在实验室里与这些研究人员相处的时间越长（包括一个和他们一起工作到午夜之后的夜晚），我越感觉到，虽然他们似乎为看到新物种而兴奋，但他们同样为见证动物之间的*关系*而兴奋。 例如，有一天我走进实验室，好几个人催促我过去通过显微镜观察一种叫做"绒球蟹"（pompom crab）的生物——一只小小的黄色甲壳类动物，举着一