海洋微生物所揭示的气候变化

当海洋变化时，地球也会随之发生变化——而一切都始于微生物，生物海洋学家安吉利克·怀特（Angelicque White）如是说。 借助数十年以来收集的数据，怀特分享了科学家如何将这些古老的微生物用作海洋健康的关键晴雨表，以及随着海洋温度的稳定上升，我们该如何使它们恢复活力。

作为一名生物海洋学家，

我一直很荣幸能够研究

太平洋里的微生物。

我们待会儿会谈到微生物，

但首先，我想让大家
熟悉一下这个空间

和它的规模。

太平洋是地球上最大、
最深的海洋盆地。

它覆盖了地球表面
1.6 亿平方公里的区域。

如果你把所有的大陆拼在一起，

形成一个现代版本的盘古大陆，

它们可以被完整地塞入太平洋，
甚至还有多余的空间。

太平洋是一个巨大的生态系统，

从蓝色的开放海域
延伸到绿色的大陆边缘。

在这里，

我研究的是食物网的基础：

浮游生物。

在我的研究当中，

或者说是在整个微生物海洋学领域，

已经出现了一个主题，

这个主题就是“变化”。

这些微生物生态系统正在
以真实且可衡量的方式发生变化，

而且这种变化不难发现。

我们这颗星球 70% 的表面积
都被海洋所覆盖，

所以海洋的改变
意味着整颗星球的改变，

而这种改变从微生物开始。

我想和各位分享两则小故事，

本意是与微生物的爱情故事。

但说实话，这些故事的某一方面

完全是一场悲剧，

请各位小心，把注意力放在爱上。

因为我就是这样的人。

首先要明白的是，

海洋的森林是由微生物组成的。

我的意思是，总的来说，

海洋中的植物是微观的，

它们的品种远比我们了解得还要丰富。

下面我将给你们展示一下

多年来我收集的
这些生命体的“证件照”。

它们是海洋食物网中的最低阶层。

它们是形状、大小、颜色
和新陈代谢方式各异的

微型动植物。

一毫升海水中就有数十万微生物。

毫无疑问，无数微生物
与你在海洋中共同遨游。

它们产生氧气，消耗二氧化碳，

它们构成了其他所有海洋生物

赖以生存的食物网的基础。

我的科学生涯已有
约 500天在海上度过，

还有更多日子则是
在电脑前或实验室里度过，

所以我认为有必要
和各位讲讲它们的故事。

我们从太平洋西北地区开始讲起吧。

这一带地区洋溢着绿意与壮美。

沿着美国西海岸，生长着浮游植物藻华，
[注：浮游生物大量增殖的生态现象]

从太空中都能看见。

这是一种非常高产的生态系统。

这里是捕捞鲑鱼、比目鱼，
以及观赏鲸鱼的绝佳胜地。

这是我们国家最美的地方。

我在这里进行了十年的研究，

其中包括关于有害藻华的
“振奋人心”的工作。

这些藻华由会产生毒素的
浮游植物所形成，

它们会污染食物网，

并在被人类渔获食用的
贝类和鱼类体内累积。

我们试图了解它们爆发的原因、地点

和时间。

以管理渔业收成，

并保护人类的健康。

问题在于，
大海是一个不断变化的目标，

而就如同人性各异，
浮游生物的毒性也各不相同。

（笑声）

对吧？

因此，为了克服这些挑战，

我们结合了卫星遥感、

无人机和滑翔机，

定期采样冲浪区，

乘着小船从俄勒冈州海岸出海，

进行了长时间的海上研究。

我不知道各位中有多少人
有过这样的经历，

但这其实并不轻松。

[甚至海洋学家也晕船]

这是一些可怜的学生。

（笑声）

我挡住了他们的脸，
以保护他们的隐私。

（笑声）

这是一个充满挑战的地方。

我接下来要讲的数据来之不易，
大家能明白了吗？

（笑声）

通过跟合作团队整合了所有数据，

我们获得了 20 年的毒素及
浮游植物细胞计数的时间序列。

这使得我们能够理解
这些藻华的规律，

并建立模型对其进行预测。

我们发现

有害藻华的爆发风险
与气候状况息息相关。

我说的“气候”
不是指每天的天气变化，

而是长期的气候变化。

你可能听说过这些气候振荡——
[注：时间尺度为几年的高频气候变化]

太平洋十年涛动（PDO），
厄尔尼诺现象——

它们通常会让太平洋地区
的冬天变得温暖干燥，

但它们也会降低
加利福尼亚洋流的强度——

即沿太平洋西北部
从北向南行进的洋流——

从而让沿海海洋变得温暖。

图中你们所看到的红色区域

就是异常温暖的区域，

是太平洋十年涛动的
强力指数。

当发生这些洋流变化

和温度变化时，

不仅有害藻华形成的风险
会大大增加，

鲑鱼的数量也有所减少，

我们还能观察到外来物种入侵，
例如青蟹。

这些都是气候对生态和经济的影响。

如果我们的模型正确，

这些事件和异常温暖的气候

只会变得更加频繁、更加严重。

举个例子，

2014 年可能是俄勒冈历史上
有害藻华爆发最严重的一年，

也是现代气候记录中
最热的一年，

直到 2015 年刷新了记录，

2016 年，

2017，2018 年。

事实上，在现代气候记录中
最热的五年

就是过去这五年。

这对有害藻华是好消息，

但对生态系统健康则是噩耗。

你们可能不太关心贝类，

但这些变化会影响
具有重要经济意义的渔业，

比如螃蟹和鲑鱼，

它们进而会影响鲸等
海洋哺乳动物的健康。

这可能会显得更加重要，

更容易引起共鸣。

可以说，太平洋边缘
正在上演世界末日大片。

事实上，这些生态系统都很有韧性。

如果我们给它们机会，
它们绝对可以恢复。

重点是不要忽视我们所看到的变化，

这就要提到我的第二个小故事。

后来我去了地球上最偏僻的岛链，

夏威夷群岛进行研究。

在那里，我是“夏威夷海洋时间序列”
项目的新负责人。

这个项目已进行了 31 年，

其间每个月，研究员都会到
阿罗哈站点（ALOHA）进行“朝圣”。

这个站点位于太平洋中央

这个巨大的漩涡状
洋流系统的中心，

我们称之为“北太平洋亚热带环流”。

这是我们最大的海洋生态系统。

它有亚马逊雨林的四倍那么大，

温暖得令人身心愉悦，

海水清澈碧蓝，

绝对是你想去潜水和游泳的理想地点。

但你不能离开研究船，

因为那儿鲨鱼多得很。
谷歌一下你就知道。

（笑声）

这是个美丽的地方。

在这里，自 1988 年 10 月以来，

几代研究员每个月都来这里“朝拜”。

我们研究开放海域的
生物学、化学、物理学。

我们测量从海面到海底的水温，

跟踪潮涌、追踪海浪。

人们在这里发现了新物种，

创建了庞大的基因组库，

彻底改革了

我们对海洋微生物多样性的看法。

这不仅仅是新发现的宝地，

时间序列更重要的地方在于，

它让我们得以
一览海洋的历史

和变化轨迹。

这 30 年以来的数据

使我们能够区分季节性变化，

观察人类在自然界

留下的指痕。

在夏威夷还有另一个
标志性的时间序列，

那就是基林曲线（Keeling Curve）。

希望大家都见过它。

该时间序列记载了大气中二氧化碳

的急剧增加。

不仅是数字在增加，
增长率也在增加。

这个星球大气中的二氧化碳正以

前所未有的速率增长，

已经对我们的海洋造成了影响。

实际上，海洋吸收了大约 90％

由温室气体排放产生的热量，

以及大约 40％ 的二氧化碳。

而我们已经能够在阿罗哈站
测量出这样的变化。

图中的每个点都来自
一次航行的测量。

它代表了 30 多年以来
不断进行测量的研究员的人生，

花了 30 年才能看到这个结果。

二氧化碳在大气中增加，

在海洋中增加——

就是图中的红线

其增加造成了

海水化学性质的根本变化，

即 pH 值的下降——

pH 值是基于对数尺度的，

也就是图中的蓝线。

我们已经看到了在这个时间序列中，

海洋表层的 pH 值下降了 30％。

这种变化影响了
需要觅食、筑壳的生物，

改变了它们的生长速度
和新陈代谢作用。

它不仅影响了浮游生物——

还影响了像珊瑚礁
一样庞大的生态系统。

从这个时间序列中，我们还发现，

这些数据结果还仅仅是冰山一角。

二氧化碳增加和 pH 值下降的数据

都是在水体表层 500 米内测量的。

我认为其意义非常重大。

这里真的是地球上最偏远的地方，

而我们已经影响了
表层 500 米的水体。

所以就是这两件事——

有害藻华和海洋酸化——

当然，还不止如此。

你们一定还听说过别的事例：

海平面上升、富营养化、
极地冰盖融化，

海洋最低氧区扩大化、
污染、生物多样性丧失，

过度捕捞。

我很难招到研究生——

你们能体会到
这个现状多么艰难吧？

（笑声）

（叹气）

再强调一下，我认为这些系统，
这些微生物生态系统

是非常有韧性的。

我们不能再在这条路上愈行愈远了。

我个人认为，
持续观察我们的海洋和星球

是我们这一代科学家的道德使命。

我们正在见证

施加在自然群落上的变化。

通过持续观测，

我们就有机会去
应对并实施全球性的改变，

如果我们愿意的话。

这些问题的解决方案涉及多个层面。

它涉及到解决方案的组合、

地区性的变化，

直到人们投票给愿意在全球范围内

保护我们环境的人。

（掌声）

让我们回到爱的话题上。

（笑声）

微生物很重要。

这些生物很小，

而且丰富、古老，

它们对维持人类的生存
和星球的宜居至关重要。

然而照这样下去，
我们有可能在未来 50 年内

让二氧化碳排放量翻倍。

所以我会打比方说，

我们还在胡吃海喝，
仿佛自己还是二十多岁，

觉得不会有任何后果——

但我是个 40 多岁的女人，

我很清楚摄入过多热量
会带来什么后果，对吧？

（笑声）

这些海洋充满生机。

这些生态系统尚未崩溃。

不过，北极就另当别论了。

（笑声）

但是我今天与大家分享的长期观察，

以及几代科学家的工作，

都在指出我们应该更好地
照顾我们的海洋，

保护好维持我们生命的微生物。

此时此刻，

我想以我心中的一位英雄，

简·卢布琴科（Jane Lubchenco）
[注：美国海洋生态学家] 的话作为结尾。

这句话搭配这张幻灯片再合适不过了。

简曾说过，海洋不会因为太大而失灵，

也不会因为太大而无法修复，

但是海洋太大了，所以它不容忽视。

谢谢各位。

（掌声）