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《Nature》綜述：UVP6在海洋浮游動物監測和建模中的應用
閱讀：372 發布時間：2023-6-27摘要：隨著全球氣候變化的加劇，浮游動物的生態系統功能正在發生變化。而目前，由于采樣技術及方法的限制，浮游動物監測存在數據不足及覆蓋范圍地理空缺的問題。最新發表的Nature綜述文章提出將傳統研究工具（網采）與新技術（原位成像）和組學相結合的方法，以監測浮游動物種群，并特別提出：可以利用UVP6幫助提供關于浮游動物的觀測數據。
浮游動物是海洋生態系統的重要組成部分，它們是初級生產者與魚類、海洋哺乳動物和海鳥等更高營養級之間進行能量轉移的重要途徑，并通過直接和間接的反饋方式影響海洋生物地球化學循環。近年來，對浮游動物生理學、群落組成和分布進行的研究表明，浮游動物對海洋氣候變化非常敏感。由于海洋溫度升高，浮游動物發生了許多重要的變化，如物候學、分布范圍和粒徑結構等方面的轉變，并進而改變生物地球化學循環、能量傳遞途徑和人類從海洋獲得的生態系統服務。
圖1 浮游動物在生物碳泵中的作用
2023年2月2日，Nature Communications期刊中發表了一篇綜述性文章，該綜述評估了浮游動物對海洋氣候變化的關鍵響應，并探討了其對生物碳泵和高營養級相互作用的影響，最后提出了當前對浮游動物進行長期監測的限制和未來對全球浮游動物研究的展望。
作者指出，海洋變暖和地區性氣候事件（如海洋熱浪、厄爾尼諾現象、北大西洋震蕩等）的出現最易使浮游動物產生三種“普遍"反應：
（1）物候時間發生變化。通常是春季或夏季物種較早出現，秋季物種較晚出現。
（2）地理范圍出現移動。在海水變暖的條件下，一些浮游動物物種通常會向極地和/或更深的水層移動，以保持其核心在最佳水溫范圍內。
（3）浮游動物粒徑變化。隨著海洋持續變暖，較小的橈足類物種可能會占主導地位，對漁業生產和碳封存會產生級聯效應。
此外，氣候變化影響浮游動物的行為和粒徑結構后，進而會對漁業生產和碳封存產生復雜的連鎖反應。文章提到，由于環境條件的變化，浮游動物元素化學計量會發生變化，同時，隨著海洋變暖，浮游動物的呼吸將加速，但是消化和排泄的變化不明確，這些不確定性與浮游動物物候學、分布范圍和粒徑結構的不確定性相結合，使得在未來條件下無法準確預測浮游動物如何調節生物碳泵。
另外，浮游動物群落的變化可能會影響高一級捕食者，因此需要進一步加強浮游動物數據的監測和管理。
圖2 浮游動物呼吸、消化和排泄過程的潛在變化方向
目前全球長期浮游動物監測項目仍存在數據不足及覆蓋范圍地理空缺的問題，因此，作者提出了一種綜合采樣方法：將傳統研究工具（網采）與新技術（原位成像）和組學相結合，以監測浮游動物種群，并模擬其在全球變化的未來情景。
其中，作者特意指出可以利用水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統（UVP6）來獲取浮游動物原位圖像，并將其與浮游生物網、ARGO浮標、CTD及衛星的生物地球化學數據相結合，提供關于浮游動物如何受到環境影響的觀測數據。作者尤其建議可以在偏遠海域和監測較少的沿海地區來部署ARGO浮標網絡和UVP，以此幫助填補這一地理的浮游動物知識缺口。
圖3 將傳統的浮游動物采樣方法與現代采樣技術相結合
UVP6-LP主要用于在已知水體體積下對水中的大型顆粒物（>80μm）進行量化，同時能夠記錄大型顆粒物和浮游動物（>700μm）的水下原位圖片。它的最大操作深度達6000m，專為低速，空間有限及功率低的載體而設計，如剖面浮標，滑翔機，浮標，系泊設備，水下機器人等。
圖4 UVP6-LP布放在載體上
將UVP6-LP拍攝得到的浮游動物圖片進行處理后上傳到EcoTaxa網站，可以利用網站上已有的庫或自己已創建的庫對圖片進行自動鑒定、分類。同時，也可以根據篩選條件繪制相應的顆粒物粒徑譜等。此外，用戶也可以在網站上對自己感興趣的區域、項目進行搜索瀏覽。
在綜述的最后，作者指出，在目前存在的科學研究中，有81%的浮游動物長期監測數據未公開，這妨礙了科學界對生態系統響應氣候變化問題的回答。
為了更好地了解全球變化對浮游動物豐度、生物量和多樣性的影響，需要從研究者、資助者和雜志等多方面努力，確保關鍵性長期監測數據的公開。此外，作者呼吁建立區域和全球性的網絡，促進國際合作，在國界之間進行持續的觀測。
參考文獻
1. Ratnarajah L, Abu-Alhaija R, Atkinson A, et al. Monitoring and modelling marine zooplankton in a changing climate[J]. Nature Communications, 2023, 14 (1): 564.
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