数企鹅、拍鲸尾、采集“重口味”DNA

时间:2020-10-11 栏目:飞碟探索

哔哩哔哩(BiliBili)独家上线系列节目《海洋零距离》,讲述科学家和环保组织在南极长达两个多月的科学考察故事。如果你也想跟科学家一起登陆象岛研究企鹅,或者体验南极科考船上的生活,可以在《海洋零距离》节目页面点击互动视频,解锁南极科考“云”体验。

2020年,国际环保组织和(美国)石溪大学的科学家一起开展了多项南极海洋生态环境研究。在南极的两个多月里,他们重访南极象岛,继1971年之后再次考察岛上帽带企鹅的种群现状;个体识别座头鲸、采集环境DNA,用科学手段了解南极的海洋生物多样性状况。

比北极更偏僻荒凉的南极,其实是很多生物的家园。南极海域里生存着至少1万种海洋生物,其中许多物种仅在南大洋海域生存。

这篇文章将简单介绍由石溪大学的科学家们带领的企鹅研究团队和绿色和平国际科学部的研究员们,是如何在南极开展科考,了解南极海洋生态系统状况的,与本文相关的图片和纪录片将以更直观的形式展现人类活动给这片与世隔绝的世界带来了怎样的影响。

企鵝怎么数?科技+辛苦

这次南极科考中一项最为重要的工作,是49年后重访南极象岛,考察岛上帽带企鹅的种群情况。

为什么研究企鹅?其实是为了了解南极生态系统的现状。南极大陆冰天雪地、寒冷干燥,大多数南极生物生活在海洋里。企鹅则在海里觅食,又回到陆地上繁殖和栖息,联系起南极的海洋和陆地。另外,企鹅还是南极生态中的顶级捕食者之一,是地区生态系统健康的重要指示物种。因此,通过研究企鹅,不仅能了解它们的种群现状,还有助于了解企鹅食物链的“上游”一磷虾,以及“上游的上游”一浮游植物的情况,帮助科学家评估南极生态系统的健康状况,以及气候变化和人类活动对南极造成的影响。

企鹅小知识

世界上一共有18种企鹅(也有说法是17种),其中只有5种能接受生活在南极的挑战,分别是帝企鹅、阿德利企鹅、帽带企鹅、长冠企鹅和巴布亚企鹅。帽带企鹅是很容易辨认的一种,它们看起来像戴着一顶头盔,并因此得名“帽带企鹅”。

为什么选择象岛的帽带企鹅?主要因为帽带企鹅是南极半岛上人类研究最少的一种企鹅。上一次对象岛帽带企鹅的研究,已经是1971年的事了。因此,49年后的重访,不仅能加深我们对帽带企鹅的了解,更能从时间维度上看到,近50年来这一种群发生的改变。

研究象岛企鹅种群很重要的一步,就是搞清楚企鹅的数量。为了确保本次收集的数据跟49年前的数据有可比性,科学家们采用了人工计数的方法——一共计数3次,且确保每次计数的误差不超过5%。

除了人工计数,科学家们也借用了最新科技,运用无人机、GPS技术绘制岛屿全景图并重建了三维地形,用机器学习算法来帮助计数,可谓既复古又现代。

根据本次采集数据,我们得到的结果让人难过——在过去49年中,象岛帽带企鹅的数量下降得很明显,在所调查的多个企鹅栖息地中,有的种群数量甚至减少了70%以上。

目前科学家还无法断定造成企鹅数量骤减的原因是什么。可能是因为气候变化,也可能是因为磷虾遭到人工捕捞数量减少,还可能与海冰的消失有关。但是这些企鹅的数量在如此短的时间内大幅减少的趋势,确实令人担忧。

“以尾识鲸”一科学家8年后与鲸老友重逢

在南极,另一种动物——鲸也是科学家们的重要研究对象。与企鹅研究更关心种群状况相比,研究鲸的一个重要方法是个体识别。这次科学家研究的是座头鲸。每一只座头鲸尾叶的花纹都是独一无二的,就像人类的指纹一样,科学家可以通过为它们的尾叶拍照,来识别和记录每一只座头鲸。

在这次科考中,科学家还与一位“老朋友”——一只名叫米尔的座头鲸在南极重逢了!2012年,这位科学家曾在巴拿马沿岸的奇里基湾发现和记录了这只鲸,而时隔8年,他们又在遥远的南极重逢了。

通过全球照片数据库HappyWhale.com,科学家看到,原来这只鲸2017年的时候也在南极出现过。从巴拿马到南极,鲸类真是全球旅行的佼佼者。

鲸类小知识

当我们说到鲸,可能会脱口而出“鲸鱼”,但实际上鲸不是鱼,而是生活在海洋里的哺乳动物。鲸类可以清晰地分为齿鲸和须鲸两大类,它们广泛地分布在全球的海洋中。更有很多种类的鲸一生都在不断进行长途迁徙。

生活在广阔海洋中的鲸,还在不经意间影响着全球气候。鲸类在其漫长的旅途中会排出大量粪便,这些粪便为各种藻类的生长提供了丰富的养料,而藻类双是海洋中许多物种的食物来源,是食物链的基础。此外,藻类通过光合作用,会从大气中吸收大量的二氧化碳。据估计,全球所有藻类捕获的碳量,其效果约等于4个亚马孙雨林。

鲸的死亡,甚至还被赋予了一个有诗意的名字鲸落。当鲸死亡,它庞大的身体会缓慢地沉入海底。鲸的尸骨会像传递接力棒一样分阶段交由不同的海洋生物分解。在食物贫瘠的深海,鲸的尸骨不仅成为很多海洋生物的“大餐”,也为它们创造了生存和庇护的场所,成为海底生命的“绿洲”。

所以,科学家眼中迷人又可爱的鲸,其一生都在为维护整个地球的生态平衡做出贡献。

环境DNA:“重口味”研究方法的独特价值

除了可以实打实看到“本尊”并进行研究的企鹅和鲸,科学家们也试图用技术手段一环境DNA(eDNA)采集,来了解更多“神龙见首不见尾”的海洋动物。

所谓“环境DNA"的采集过程,其实就是对水进行过滤,截获那些自由漂浮在水中的各种海洋动物的DNA。

成语中说“雁过留声”,海洋动物们在水里游过,也会留下各种痕迹,比如它们蜕下的皮、分泌的黏液和排泄的粪便,而这些物质中都含有动物的DNA。

通过对这些物质进行DNA测序,科学家就能进一步确认什么动物在采样区出现过。例如从马尾藻海的研究结果中,科学家发现很多斑海豚的信息出现在了同一地点;还很意外地发现了鼬鲋、灯笼鱼、鮟鱇鱼等深海鱼的信息。

而这些信息,不仅验证了已有的知识,也得出了一些让科学家意外的结果,更重要的是,借助环境DNA检测技术,科学家能够更准确地了解海洋动物们在何时栖息于何地。

结合数企鹅、拍鲸尾、环境DNA等各种研究的结果,我们就可以建立起大型的生物数据库,确认某些特定的海域是否对特定的物种有着重要作用,以及我们是否需要对这些地区进行特别保护。

这项整体上历时一年的“从北极到南极”的科考已经落下帷幕。来自全球的科学家、海洋大使、记者、摄影师和环保者们,一路见证了全球海洋的脆弱:

北极升温正在严重影响海洋食物链中最基础的一环——冰藻;来自恐龙时代的海龟在气候变化、过度捕捞和塑料污染等问题面前,可能撑不过几代了;大洋深处尚不为人所了解的“生命绿洲”——海山生态系统正遭受到渔业捕捞的威胁;海洋鱼类在破坏性的工业捕捞面前数量急剧下降,资源告急;南极象岛的企鹅数量在短短50年中迅速减少,甚至还遭受着灾难性的繁殖失败。

但海洋同时也向我们展示了她的美丽、生机和巨大的自我修复潜力:

用北极浮冰制作的乐器演奏出了最清亮、自然的音乐;小棱皮龟从沙滩上破壳而出,艰难却坚定地迈出了面向海洋的第一步;曾经因过度捕捞濒临灭绝的维马海山岩龙虾,因受到及时保护而重新“虾丁兴旺”;在光照不足、盐度不适宜的环境下,亚马孙河口珊瑚礁却依然生机勃勃;即使是世界上最寒冷的海域,南极海洋依然充满生机,充满生命力。

守护海洋,不仅因为她正在面临危机,更是为了所有这些美好与生机,为了地球的自然生态能够恢复健康的可能性。

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