© Ingrid H. Roper
利維坦按:
深海是被極高的水壓和低水溫籠罩的黑暗海域,且可用的總能量僅是淺水中産生的能量的一小部分。深海魚類适應了這種極端環境,并獲得了淺海魚類沒有的特殊身體結構和生活方式。
海洋覆蓋着地球 70%以上的表面,平均深度約爲 3800 米,而深于 200 米的深海則占總體積的 93%。深海魚類研究對了解地球上最大生物圈所在的深海環境和其中的生物多樣性的方面發揮着重要作用。隻不過,誠如文中所言,深海采礦的商業需求和探究深海生物之間矛盾重重—— " 我們正在搞清楚海洋裏究竟有什麽之前毀掉它 "。
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如果把地球上的海洋比作曼哈頓島,那麽據海洋學家和深海探險家伊迪絲 · 維德(Edith Widder)估計,我們已經探索的部分大約隻相當于一個街區——還隻有一樓的部分。
按體積來算,海洋大約占地球栖息地的 99.5%,在這些沒怎麽被探索過的深海中,據認爲,存在着許多種科學尚未發現的大型海洋動物。如果把小型動物也考慮在内,那麽未知物種的數量将上升到數百萬之多。
從 13 米(43 英尺)長的貪婪食肉烏賊,到紮堆在熱液噴口附近騰挪疾走的雪人蟹,再到深入海下數千英尺以躲避虎鲸捕獵的一角鲸 [ 1 ] ,科學界每年仍在發現并記錄下大量的海洋動物物種。
2022 年,新西蘭費爾韋爾沙咀(Farewell Spit)發現的一隻大王烏賊。© Ingrid H. Roper
尋找剩餘物種的競賽正變得越來越緊迫。随着深海采礦威脅到此前未被觸及的海底栖息地,以及氣候變化所導緻的海洋變暖和酸化,海洋生态系統正處于劇變之際。但是,随着新的海洋探測方法的出現,我們比以往任何時候都更有可能發現更多海洋中的巨獸。
在經過了幾個世紀的海洋探索之後,我們如何知道我們還沒有尋遍所有的大型海洋動物呢?
兩隻雄性一角鲸在加拿大巴芬島(Baffin Island)附近。© Flip Nicklin/Minden Pictures
位于英國南安普敦的英國國家海洋中心(National Oceanography Centre)的分類學家和海洋生物多樣性研究員塔米 · 霍頓(Tammy Horton)說,事實上,科學家們有數種方法可以估計還有多少未知物種待發現。
例如,想象你在距離海岸幾英裏的海底上方選取一小片水域,并記錄下你在那裏發現了多少新物種。也許你會看到一些甲殼類動物附着在海底的巨石上,幾種魚類四處遊動,還有三兩種沉積物攝食生物埋在淤泥質的海底。然後,你要再次回到這片水域,重複上述動作,并記下你前一次沒看到過的物種數量。也許這次會有一條鲨魚遊過你所在的水域,你也有可能發現一兩種其他的新生物。
海洋垂直分區:表層帶、中層帶、半深海帶、深海帶、超深淵帶。© wikipedia
霍頓說,随着你不斷重複這個過程,你會發現新物種的數量越來越少。如果你将你發現的新物種數量繪制成以時間爲橫軸的圖表(并進行一大堆叫做 " 稀疏化 " 的統計分析,霍頓補充道),你會看到這樣一條曲線:它起初陡峭(因爲你發現了許多新物種),随即向水平方向趨平,直到達到所謂的漸近線,此時,在對你選定的海域進行多次潛水考察後,你已經有效地描述了生活在該區域的所有生物。
爲了準确地估計海洋中有多少物種,我們需要花更多的時間去海中采集樣本。© Emmanuel Lafont
" 如果你的統計對象是鲨魚、魚或哺乳動物,數據結果通常會達到漸近線," 霍頓說," 它們的體型更大,而體型更大的東西會首先被發現。但如果你觀察的是深海的沉積物樣本,或是熱帶腹足類動物——小型軟體動物、珊瑚礁上的小東西們——那麽數據結果永遠不會到達漸近線。曲線隻會不斷上升。"
這告訴我們,還有無數的小型沉積物生物等待我們去發現。但是在海洋的某些區域,發現新的大型物種的機會也更大。
" 物種發現是有模式的,這些模式與物種的體型大小、生活環境等因素有關,我們在這些方面更加關注," 霍頓說," 深海是我們發現更多新物種的地方之一。"
這其中的原因很簡單:我們不曾耗費太多時間探索深海。當野心勃勃的深海探險當真成行時,它們總會揭示出非凡的未知世界。
© JAMSTEC
2021 年,在距日本本州島太平洋海岸不遠的駿河灣,一條重 25 公斤(55 磅)、長 1.4 米(4.6 英尺)的黑頭魚被确定爲新物種 [ 2 ] 。它的大多數近親隻有約 40 厘米(1.3 英尺)長,因此這種黑頭魚被命名爲 " 橫綱 ",以緻敬相撲的最高級别。
這種讓人印象深刻的魚是在大約 2500 米(8250 英尺)深的水域發現的,發現位置距離日本最大、人口最多的島嶼并不遠——如果我們前往更偏遠的海域,可能還有更奇怪的動物正隐藏在我們的視線之外。問題是,越來越多的證據表明,我們一直在用錯誤的方式尋找它們。
我們尋找深海生物的方式可能會對我們的目标産生反作用。© Emmanuel Lafont
" 我總是強調,由于我們一直以來的探索方式,海洋中可能有許多動物是我們一無所知的," 維德說," 我職業生涯的大部分時間都在潛水和潛水器中度過,我一直在想,究竟有多少動物是藏在我的燈光範圍之外的:它們能看到我,但我看不到它們。"
爲了試圖觀察到這些難以捕捉的生物,維德從陸地上的相機陷阱中獲得了靈感,這種相機利用紅外線來拍攝難以追蹤的動物,比如雪豹。紅外攝像機不會打擾到豹子,因爲豹子看不到紅外光。但在海水中,紅外光會被迅速吸收,因此維德不得不尋找替代方案。
想像圖中的巨口魚科黑柔骨魚(Malacosteus niger)用眼下和眼後的發光器照亮視野,繪制于 1887 年。© The Nonfiction Minute
© The Nonfiction Minute
解決方案的靈感來自一種 " 紅燈魚 "(黑柔骨魚),它的眼睛下面有一個發射紅光的器官。" 大多數(深海)動物隻能發出藍光,也隻能看到藍光," 維德說," 但是黑柔骨魚不一樣。它可以看見并發出藍光,但也能看見并發出紅光。"
維德很好奇:在這個藍光更容易在水中傳播也更容易産生的世界裏,黑柔骨魚是如何産生紅光的呢?于是,她解剖了黑柔骨魚的發光器官,發現發光器上包裹着一層 " 濾鏡 " 組織。" 我記得自己當時感到很震驚,因爲這層‘濾鏡’需要大量的能量," 維德說," 雖然不知個中原因,但它一定非常重要。"
維德賭了一把,決定做一個模仿黑柔骨魚的濾光器。但她不僅想測試紅光在水中的效果,還想看看不同的發光模式是否能夠吸引捕食者。" 我對一種叫礁環冠水母(Atolla wyvillei)的深海水母特别感興趣,它算是水母裏比較絢麗壯觀的。它會發出轉輪般的光。然而這種水母沒有眼睛,所以這光肯定是沖着其他動物去的。這光是給誰看的?爲什麽?"
礁環冠水母:當受到襲擊,它就會發出一系列的閃光,從而将攻擊者暴露于其捕食者的視線範圍内。© Wikipedia
有了這個由黑柔骨魚的濾光器和礁環冠水母的光輪組成的奇怪混合物,維德把她的新設備部署到了水中。" 你可以看出來這次行動非常簡陋、預算不足,因爲你甚至能看到電子水母上還印着‘密保諾’這個品牌名。" 維德說。(譯者注:密保諾,Ziploc,美國莊臣父子公司旗下的保鮮容器品牌)
盡管預算很低,但實驗還是奏效了。" 我把它放到一片鹽水池邊(譯者注:brine pool,海洋盆地中含有極高濃度鹽水的水池,其鹽水的鹽度可達周遭海水的 3~8 倍),因爲我覺得那是一座很多掠食者會巡邏的綠洲。" 維德說。她的理論是,礁環冠水母狀的燈光起到了防盜警報的作用——當這種水母被捕食者攻擊時,它會亮起自己的轉輪狀燈光,試圖吸引更大的捕食者來攻擊它的攻擊者,給水母自己一個逃跑的機會。
" 在前四個鍾頭裏,我隻開了紅燈——我想看看動物們對紅燈的反應。結果,當紅燈亮起的時候,它們沒有遊走,這可是頭一遭," 維德說," 我欣喜若狂——我有了一扇探索深海的窗戶。"
一隻至少 3 到 3.7 米(10 到 12 英尺)長的巨型烏賊在接近 " 美杜莎 " 電子水母,意識到并非食物後迅速撤離。© NOAA
四個小時後,維德編寫好了臨時電子水母的程序,并首次啓動了它。" 我發誓這是真的,這在科學界從來沒有發生過——就在我第一次打開它的 86 秒後,我們記錄到了一條超過 2 米(6 英尺)長的烏賊,它對科學界來說是一個嶄新的物種,太新了,以至于無法歸入任何一個已知的科。"
" 你找不到比這更好的概念證明了。太震撼了。整艘船上的人都在尖叫。這太神奇了。"
人類已經拍到過大王烏賊的照片,但事實證明,要拍攝它的視頻則非常困難——直到海洋學家伊迪絲 · 維德發明了一種尋找它的新方法。© Emmanuel Lafont
維德很快就把目光投向了一隻大得多的烏賊。" 實際上,因爲在抹香鲸的胃裏發現過大量的大王烏賊喙,我們早就知道海洋中有數百萬隻大王烏賊。"但是在維德開始做實驗的時候,人們還從來不曾拍到過大王烏賊的視頻影像。
她設計了一種新版本的電子 " 海中之眼 ",并将它命名爲 " 美杜莎 "(Medusa)。" 美杜莎 " 将連在一條 750 米長(2475 英尺)的繩子上順水漂流,繩子連接着水面上的一個衛星信标。這樣,他們就可以把 " 眼睛 " 長時間留在海裏,遠離船隻的幹擾。
她的團隊把美杜莎扔進了曾經發現過巨型烏賊和抹香鲸覓食的海域。電子水母一進入水中,它就開始工作了。" 我們得到了有史以來第一段在其自然栖息地拍攝到的大王烏賊的視頻," 維德說," 在探險的過程中,我們實際上拍到了五次大王烏賊的視頻。你要知道,在這之前,已經有過很多年的大規模海洋探險了。那些探險付出了巨大的努力,但我們就是努力錯了方向。"
維德指出,大王烏賊在海洋中是一種相當顯眼的動物。" 它們會在死後漂浮起來,因爲組織中含有氨," 維德說," 但是那些死後不會漂浮起來的生物呢?那些不會在鲸的胃裏留下喙的生物呢?我們怎麽可能知道它們的存在?"
總的來說,人們認爲海洋中有多達200 萬個物種,有些估計的數字更高。根據世界海洋物種目錄(World Register of Marine Species)的數據,到目前爲止,我們知道的隻有其中不到25 萬個物種 [ 3 ] 。
尋找剩下那 175 萬個左右的失蹤物種正成爲一項日益緊迫的任務——尤其是在最深的海底,因爲商業深海采礦的前景正迫在眉睫。
如果我們未能成功探索遙遠的海洋生态系統,我們或許永遠不會知道我們可能破壞多麽豐富的生物多樣性。© Emmanuel Lafont
2021 年,太平洋最小的島國瑙魯宣布其意圖開始進行深海采礦,引發了負責監督國際水域采礦的聯合國機構國際海底管理局(ISA)的反應——管理局必須在兩年内制定出有關深海采礦的環境法規。
法規制定的截止日期是 2023 年 7 月,這個時刻已經越來越近了。然而,如果管理局的談判未能成功,從理論上講,深海采礦可能會在今年夏天、在沒有任何環境法規監管的情況下開始。2022 年 8 月,由于無法達成共識,談判陷入了停滞。
人們對深海采礦如此關切擔憂,其原因之一在于人類對海底的探索不足——我們根本不知道我們将要失去什麽。
由于将探測器下沉到深海探測極爲困難也極爲昂貴,因此大多數針對海底生命的調查都隻是浮光掠影。然而,定期的深海調查揭示了與我們的生态系統截然不同的特殊生态系統。例如,深海熱液噴口揭示了極爲豐富的稀有生命形式,比如以含硫細菌爲生的世界上最重的兩米長的管蠕蟲,還有紮堆在新鮮的熔岩流附近取暖的長臂雪人蟹。
基瓦多毛怪(Kiwa hirsuta),又稱基瓦雪人蟹,是一種 2005 年發現于南太平洋深海中的甲殼亞門軟甲綱十足目抱卵亞目異尾下目動物,該生物無論從形态生物學還是分子生物學的角度出發均無法分入當時存在的任何科或屬中,因此暫獨自構成同名的科和屬,直到後來科學家在南極發現一種可歸入同科同屬的新物種雪人蟹(Kiwa puravida)。© AZ Animals
從深海中捕獲的胸突吻鳕(暫譯,Albatrossia pectoralis)。因快速減壓而膨脹的内髒突入口腔。© wikipedia
由于深海采礦尚未實現商業化,因此其可能造成的海底破壞尚不完全清楚。海底最有吸引力的礦物之一是多金屬結核,也被稱爲錳結核,它們坐落在海底表面。這些結核之所以極爲吸引人,是因爲它們一次性包含了好幾種有價值的金屬——一個結核可能含有相當數量的錳、鎳、銅和钴。
2022 年有過一次海洋探險,旨在尋找中太平洋深海海底的動物 [ 4 ] 。探險隊在一個叫做克拉裏昂 - 克利珀頓區(Clarion-Clipperton Zone)的區域進行搜索,該區域位于夏威夷和墨西哥之間,最深處可達 5500 米(18150 英尺)。克拉裏昂 - 克利珀頓區已被确定爲深海采礦的潛在場所之一,因爲在該區發現了大量的錳結核。
對該地區海底生物的探索所揭示出的發現遠遠超出了探險隊的預期。具有魚叉狀脊柱和反曲尖牙的卵形生物在海底穿梭,雲狀的觸手生物和半透明的八指水螅體生物則緊緊攀住岩石或玻璃海綿的莖。在探險隊發現的 55 個物種中,許多相對較小,他們懷疑至少有 39 種是科學界未知的全新物種。
鑒于初步的試驗表明,這些生态系統不太可能輕易從采礦中恢複,對這些多樣化的生态系統進行研究就變得尤其重要。1989 年的一項模拟深海錳結核采集的試驗表明,存在于結核之間的生态系統在 26 年後仍未恢複 [ 5 ] 。懸浮物攝食生物(suspension-feeders,那些靠漂浮在水中的食物爲生的生物)在受幹擾區域的數量仍然顯著減少,而沉積物攝食生物(deposit-feeders,那些從沉積物中獲取食物的生物)在 26 年後數量才剛剛恢複。在受到幹擾的區域周圍,生物多樣性總體更爲單調。
寬咽魚科吞鳗(Eurypharynx pelecanoides)具有非常大的嘴巴,在全世界深海(550 - 3000 米)中相對常見。© wikipedia
研究報告的作者警告說,如果這項測試能夠準确反映克拉裏昂 - 克利珀頓區更廣泛的采礦情況,那麽開采錳結核的影響 " 可能比預期的更大,并且可能導緻一些生态系統功能出現不可逆轉的喪失,尤其是在直接受幹擾的區域 "。
" 我們在地球上的生存依賴于我們探索和理解它的能力,而我們還沒有做到這一點," 維德說,"事實上,我們正在搞清楚海洋裏究竟有什麽之前毀掉它。我們設法開發海洋,在淺海張網捕魚、在深海拖網捕魚、在海底采礦,卻不去探索海洋。這太瘋狂了。"
參考文獻:
[ 1 ] royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2021.1213
[ 2 ] www.nature.com/articles/s41598-020-80203-6
[ 3 ] www.marinespecies.org/photogallery.php
[ 4 ] zookeys.pensoft.net/article/82172/
[ 5 ] www.nature.com/articles/s41598-019-44492-w
文 /Martha Henriques
譯 / 苦山
校對 / 兔子的淩波微步
原文 /www.bbc.com/future/article/20230209-how-deep-sea-creatures-are-discovered
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