基因組學揭示巨藻如何連接南大洋各海岸

巨藻的DNA使科學家們能夠了解南大洋沿岸各地是如何相互聯(lián)系的。新西蘭奧塔哥大學領(lǐng)導的一項研究對幾十年來在南極洲、新西蘭和澳大利亞被沖上岸的巨藻進行了基因組分析。Marsden基金資助的這項研究結(jié)果發(fā)表在《現(xiàn)代生物學》（Current Biology）雜志上。研究發(fā)現(xiàn)，在新西蘭東南部海灘發(fā)現(xiàn)的巨藻來自南喬治亞島和馬里恩島，而在塔斯馬尼亞發(fā)現(xiàn)的巨藻來自克爾格倫群島。

該研究的主要作者，海洋科學系副教授CERIDWEN FRASER表示，這項研究強調(diào)了基因組工具在追蹤物種活動軌跡上的作用。發(fā)現(xiàn)東太平洋和西太平洋之間的生物聯(lián)系以及這些事件的頻率是令人興奮的，成千上萬的巨型漂浮藻在南太平洋漂流，連接著各地海岸。這項研究建立在2018年發(fā)表的對南極發(fā)現(xiàn)的2片巨藻的研究基礎(chǔ)上。在分析自那時起在南極洲發(fā)現(xiàn)的另外25個碎片的基因組時，該小組決定對過去幾十年在新西蘭和澳大利亞發(fā)現(xiàn)的其他碎片進行研究。

模擬海洋學模型還揭示了一個“驚人的發(fā)現(xiàn)”，即從南喬治亞島釋放的碎片有10%以上到達了新西蘭南部，超過6%到達了塔斯馬尼亞島。FRASER表示，這能夠構(gòu)建一張巨型漂浮藻在南大洋周圍頻繁移動并連接陸地的圖片。內(nèi)容不僅僅是巨藻本身，還包括它攜帶的很多生物。巨型漂浮藻可長達12 m，由多種植物組合而成，可攜帶甲殼類、節(jié)肢動物、等足類、蟹類、軟體動物、蠕蟲和海星等。該研究的合作者，智利康塞普西翁大學的ERASMO MACAYA博士表示，這項研究很重要，因為它顯示了漂浮物種如何能夠跨越主要的海洋屏障。這些巨藻有時會到達南極洲，在那里他們目前還不是生態(tài)系統(tǒng)的一部分。研究首次發(fā)現(xiàn)，巨藻通?？梢酝耆匀环敝?，雌雄個體都在漂浮。這表明，當條件合適時，他們有很高的潛力完成生命周期，并在新領(lǐng)地上定居。這種潛在的殖民行為是好是壞是一個角度問題。許多生物正試圖將他們的分布向南遷移，因為北方變得太熱了。巨藻和它的“乘客”可以很好地分散，到達遙遠的地區(qū)，當環(huán)境變暖時，有利于讓他們開拓新領(lǐng)地。這是科學家們不得不面對的一個有趣的挑戰(zhàn)，也許保護的理念不再是維持現(xiàn)狀，而是著眼于管理變化，以達到生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出最大化的結(jié)果。

基因組學的不斷發(fā)展為物種管理提供了一個有用的工具。從入侵物種的角度來看，現(xiàn)有的工具可以從新入侵的物種中提取DNA，確定它來自哪里并找出它是如何到達那里的。這讓人們有能力去改變管理策略。在新西蘭皇家學會（Marsden基金）的資助下，研究人員正在研究巨藻和它的“乘客”是否有一天能夠在南極洲定居和生長。

楊林林譯自Netherland：Kelp connecting Southern Ocean coasts，genomics reveals，Science Daily，2022-06-08

氣候變化影響高碳生態(tài)系統(tǒng)

紅樹林對地球的健康起著至關(guān)重要的作用。樹木和灌木吸收了大量的溫室氣體，幫助保護社區(qū)免受海平面上升的影響，并充當幼魚的育幼場。這些沿海森林是世界上第二大富含碳的生態(tài)系統(tǒng)，僅1 hm2就能儲存超過1 000 t的碳。他們從空氣中捕獲化學元素，并將其儲存在樹葉、樹枝、樹干和根中。

盡管人們努力保護環(huán)境防止這些重要生態(tài)系統(tǒng)的損失，但他們?nèi)匀惶幱谖ｋU之中。樸茨茅斯大學在研究組織Wallacea的協(xié)助下進行了一項新的研究，揭示了儲存在大型木質(zhì)碎片中的來自大氣中二氧化碳的碳是如何被生物處理的。研究結(jié)果表明，氣候變化會顯著影響這個“藍碳”系統(tǒng)。樸茨茅斯大學的科學家們分析了印度尼西亞瓦卡托比國家公園的4個紅樹林中的大型木質(zhì)碎片（large woody debris，LWD），這些紅樹林位于不同的潮間帶。每個調(diào)查區(qū)域有8個剖面（橫斷面），每個剖面都揭示了各自處理碳的方式。在靠近陸地的生態(tài)系統(tǒng)上游，研究小組發(fā)現(xiàn)，通常在熱帶雨林中發(fā)現(xiàn)的生物正在分解倒下的木材。其中，包括真菌、甲蟲幼蟲和白蟻。在更靠近海洋的地方，LWD被一種帶有碳酸鈣外殼的蠕蟲狀蛤蜊（即船蛆）更快地降解。

氣候變化的兩個后果會影響紅樹林中精細的固定碳降解過程。第一個是海平面上升，因為碳循環(huán)是由潮汐驅(qū)動的。第二個是大氣中二氧化碳含量的上升導致海洋酸度的增加，它會溶解下游降解木材的海洋生物的外殼。這項研究的主要作者，樸茨茅斯大學生物科學學院的IAN HENDY博士表示，這些數(shù)據(jù)強調(diào)了降解木材生物和倒下的紅樹林之間的微妙平衡。紅樹林對減緩氣候變化至關(guān)重要，森林中倒下樹木降解的變化會改變地球上的碳循環(huán)，這可能會對紅樹林的碳存儲產(chǎn)生影響。研究小組現(xiàn)在的目標是利用這項研究的發(fā)現(xiàn)來指導全球紅樹林的大規(guī)模恢復。

楊林林譯自UK：How climate change can significantly impact one of the world’s most important carbon-rich ecosystems，Science Daily，2022-06-23

氣候變化導致人體必需的脂肪酸產(chǎn)量急劇下降

全球氣候變化的威脅包括海冰減少、海平面上升加速、熱浪持續(xù)時間變長且強度變大。最近，對全球海洋浮游生物脂質(zhì)的調(diào)查首次發(fā)現(xiàn)，必需的Ω-3脂肪酸的生產(chǎn)減少與溫度相關(guān)。Ω-3脂肪酸是脂質(zhì)分子的一個重要子集。這項調(diào)查的一個重要意義是，隨著全球變暖的持續(xù)，食物網(wǎng)底部的浮游生物生產(chǎn)的Ω-3脂肪酸將越來越少，這意味著魚類和人類可獲得的Ω-3脂肪酸也越來越少。Ω-3脂肪酸是人體不能自行產(chǎn)生的一種必需脂肪酸，被廣泛認為是一種“有益”脂肪酸，它將食用海產(chǎn)品與心臟健康聯(lián)系起來。

根據(jù)伍茲霍爾海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution，WHOI）發(fā)表的一篇新論文，該調(diào)查使用統(tǒng)一的高分辨率精確質(zhì)譜分析工作流程，分析了全球海洋中的930個脂質(zhì)樣本，揭示了迄今為止未知的海洋浮游生物脂質(zhì)組的特征。這是一個成百上千種脂質(zhì)物種的集合。通過對10種不同分子的甘油脂類進行研究，研究人員鑒定出1 151種不同的脂類，發(fā)現(xiàn)脂肪酸不飽和度（即碳碳雙鍵的數(shù)量）從根本上受溫度的限制。研究預測，必需脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）在下個世紀將大幅減少，這可能會對重要經(jīng)濟漁業(yè)產(chǎn)生嚴重有害影響。該研究結(jié)果發(fā)表在《科學》（Science）雜志上，題為《全球海洋脂質(zhì)組學顯示溫度和脂質(zhì)不飽和之間的普遍關(guān)系》。

EPA是最有營養(yǎng)的Ω-3脂肪酸之一，對健康有諸多益處，并廣泛作為膳食補充劑。該研究的參與者，WHOI海洋化學和地球化學系高級研究員BENJAMIN VAN MOOY表示，海洋中的脂質(zhì)影響人類的生活。海洋中的脂類成分會隨著海洋變暖而改變。這是一個令人擔憂的事。人類需要海洋中的這些脂質(zhì)，因為他們會影響海洋為人類生產(chǎn)的食物的質(zhì)量。麻省理工學院和WHOI應(yīng)用海洋學博士生HENRY C.HOLM表示，海洋中的所有生物都必須與水溫作斗爭。這項研究揭示了細胞對抗水溫的一種重要的生化方式。研究人員使用了一種方法，對每個樣本中的甘油脂有了非常全面的了解，進而得到了這些關(guān)于EPA的發(fā)現(xiàn)。海洋中所有生物細胞膜的飽和度都與溫度有關(guān)。脂類是生物在生命各個領(lǐng)域產(chǎn)生并用于能量儲存、膜結(jié)構(gòu)和信號傳遞的一類生物分子。他們約占海洋表層浮游生物的10%～20%，而海洋表層浮游生物的脂質(zhì)產(chǎn)量和儲存量是最大的。幾十年來，海洋學家一直使用脂類作為化學和生物過程的生物標志物，對他們的生物地球化學進行了大量研究。然而，直到最近，結(jié)合高分辨率質(zhì)譜和下游分析工具才允許在類似于其他分子（如核酸和蛋白質(zhì)）的尺度上對海洋脂類進行全面的非靶向評估。

在這項新的調(diào)查中，研究人員通過2013—2018年7個海洋調(diào)查航次收集的146個地點的浮游生物脂質(zhì)樣本建立了全球質(zhì)譜數(shù)據(jù)集。研究人員指出，雖然浮游生物群落的脂質(zhì)組成受到許多環(huán)境因素的影響，如營養(yǎng)可獲得性，但此次研究報道了脂質(zhì)和對其組成最基本的調(diào)控因素——溫度之間的關(guān)系。研究人員檢查了10類主要甘油脂類的飽和狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在這些種類中，溫度對脂肪酸種類的相對豐度有很大的影響。此外，在較低的溫度下，含有更多不飽和脂肪酸的脂類物種會在最高溫度下明顯轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆柡椭舅岬奈锓N。這種趨勢在所有其他甘油脂類以及所有甘油脂類的總脂質(zhì)中也很明顯。盡管數(shù)據(jù)集涵蓋了如此多樣化的浮游生物群落，從營養(yǎng)枯竭的亞熱帶環(huán)流到高產(chǎn)的南極沿海大陸架，令人驚訝的是，溫度和脂肪酸不飽和度之間的關(guān)系還是出現(xiàn)了。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，EPA種類的豐度百分比與溫度有很強的關(guān)系。為了確定在未來的變暖條件下，EPA水平的上限和下限可能發(fā)生怎樣的變化，研究人員根據(jù)不同的氣候情景繪制了世紀末海洋表面溫度條件的地圖。在SSP5-85氣候情景下（該情景被認為是持續(xù)高溫室氣體排放的最壞情況），一些海洋地區(qū)，尤其是高緯度地區(qū)，EPA的含量會比現(xiàn)在急劇下降25%。VAN MOOY表示，這項研究“是人類活動如何以人類從未預料到的方式擾亂海洋，以及海洋將如何應(yīng)對氣候變暖的不確定性的又一個例子?！边@項工作得到了美國國家科學基金會、Gordon和Betty Moore基金會海洋微生物計劃和Simons基金會的資助。

楊林林譯自USA：Climate change could lead to a dramatic temperature-linked decrease in essential omega-3 fatty acids，according to new study，Science Daily，2022-06-23

魚類耳石揭示百萬年前的海水溫度

印度科學研究所（Researchers at the Indian Institute of Science，IISc）的研究人員確定了一種通過探測魚類耳石來估算古代海水溫度的方法。海洋覆蓋了地球表面的四分之三，是許多不同生命形式的宿主。地球科學家一直試圖重建海水溫度隨時間的變化，但做到這一點并不容易。

印度科學院地球科學中心（Associate Professor at the Centre for Earth Sciences，CEaS）副教授RAMANANDA CHAKRABARTI表示，在研究過去時，不可能有任何海水化石。他和博士生SURAJIT MONDAL與CEaS的PROSENJIT GHOSH教授合作，將目光轉(zhuǎn)向了魚類耳石。該研究成果發(fā)表在《化學地質(zhì)學》（Chemical Geology）雜志上。IISc的一份新聞稿解釋說，像珊瑚一樣，耳石由碳酸鈣組成，在魚的一生中通過積累海水中的礦物質(zhì)而生長。類似于樹的年輪，這些耳石也保存著魚的年齡、遷徙模式和棲息水域的信息。幾年來，CHAKRABARTI教授和他的團隊一直在追蹤微小動物如珊瑚或有孔蟲中發(fā)現(xiàn)的碳酸鈣沉積。在目前的研究中，他們選擇了耳石，因為科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可以追溯到侏羅紀時期（1.72億年前）的耳石化石樣本。

研究人員使用了從北美東海岸不同地理位置收集的6個現(xiàn)代耳石樣本。他們用熱電離質(zhì)譜儀（TIMS）分析了這些耳石中不同鈣同位素的比例。通過測量樣本中鈣同位素的比例，他們能夠?qū)⑵渑c收集魚類水域的海水溫度聯(lián)系起來。CHAKRABARTI教授表示，研究證明鈣同位素是有力的水溫示蹤劑。SURAJIT的努力使他們實驗室成為該國唯一一個能夠真正測量這些同位素變化的實驗室。除了鈣同位素，該團隊還分析了其他元素的濃度，如鍶、鎂和鋇，以及他們在同一樣品中的比例，并將數(shù)據(jù)整理在一起，以梳理出一個與實際值相比，誤差在正負1度范圍內(nèi)的更準確的海水溫度值。

生活在海洋中的生物對溫度極其敏感。溫度上升2℃可能會導致一些物種的滅絕。此外，由于大氣和海洋是“對話關(guān)系”，大氣中大量的二氧化碳最終會溶解到海洋中，而這也與海水溫度有關(guān)。溫度越低，吸收的二氧化碳越多。CHAKRABARTI教授表示，由于發(fā)現(xiàn)鈣同位素比率與溫度之間有密切的相關(guān)性，研究人員對于他們的方法可以用于化石樣本充滿信心。他們說，繪制早期海水溫度圖對更好地了解地球歷史很重要。過去發(fā)生的事情是了解未來將發(fā)生什么的關(guān)鍵。

楊林林譯自India：Fish ear bones can reveal seawater temperature？millions of years ago，F(xiàn)IS，2022-08-12

珊瑚礁可以緩沖海洋變暖

隨著海水溫度升高威脅到珊瑚礁的生存，美國國家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）的科學家們成功地通過高分辨率的模擬海洋環(huán)流，確定了可能的“熱避難所”。在那里，這些生物多樣性高的生態(tài)系統(tǒng)更有可能生存下來。

研究小組發(fā)布了一份交互式的、免費的在線全球 地 圖 集（https：／／ncar.github.io／coralviz／），上面列出了這些地區(qū)的位置，結(jié)合海洋動力學和較冷的海水為珊瑚礁提供了可能的避風港。主持這項研究的NCAR科學家SCOTT BACHMAN表示，希望這項工作能為其他對珊瑚礁感興趣的科學家提供一個起點，邀請研究人員瀏覽他們的網(wǎng)站，確定避難所的可能所在地，然后去觀察珊瑚礁的健康狀況。該研究成果發(fā)表在《海洋科學前沿》（Frontiers in Marine Science）雜志上。這項研究得到了NCAR的資助者美國國家科學基金會的支持。研究由塔斯馬尼亞大學和奧克蘭大學的科學家共同完成。

氣候變化對世界各地的珊瑚礁構(gòu)成了巨大的威脅。預計在不到30年的時間里，大部分珊瑚礁將消失。海水變暖使珊瑚礁變白，留下無生命的骨架。珊瑚礁的消失對環(huán)境和社會產(chǎn)生了深遠的影響。他們是近三分之一海洋物種的家園，養(yǎng)活著全球數(shù)億人。NCAR科學家，研究參與者JOAN KLEYPAS表示，珊瑚礁每年為全球創(chuàng)造10×1012美元的經(jīng)濟價值，他們還保護海岸線免受風暴和洪水的破壞，每年避免數(shù)十億美元的損失。然而，科學家們發(fā)現(xiàn)，有些珊瑚礁確實比其他珊瑚礁生存得更好。例如，在海洋的某些區(qū)域，被稱為海洋內(nèi)重力波的地下振蕩從深海中提上來的冷水可以覆蓋珊瑚礁，使他們免受溫度增加的影響。BACHMAN表示，這些重力波無處不在，在特殊情況下，他們可以把海水帶到珊瑚礁所在的海洋表面附近?？茖W家們早就知道這種重力波現(xiàn)象存在于某些特定的地方。例如，潮汐和珊瑚金三角的深盆地組合（包括印度尼西亞、馬來西亞、菲律賓和其他附近國家水域的海洋區(qū)域），創(chuàng)造了有利于重力波將較冷的水帶到表面的條件。但很難確定全球所有可能存在類似情況的地方，部分原因是重力波可能不會把水一直帶到海洋表面，因此衛(wèi)星無法識別。

如果無法從太空觀察熱避難所，科學家就只能通過計算機建模在全球范圍內(nèi)識別他們。然而，模型的主要障礙是分辨率。與浩瀚的海洋相比，珊瑚礁是相對微小的，在全球范圍內(nèi)以足夠高的分辨率進行模擬，來捕捉重力波與特定珊瑚礁的相互作用，需要大量的計算資源。然而，這種模擬是存在的。美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）估算海洋環(huán)流和氣候（Circulation and Climate of the Ocean，ECCO）的項目以約2 000 m的分辨率模擬了整個海洋，并以每小時的時間步長保存數(shù)據(jù)，可以足夠準確地捕捉內(nèi)部重力波的行為。為了進行識別熱避難所必需的分析，BACHMAN從ECCO項目下載了驚人的400 tb的數(shù)據(jù)。BACHMAN表示，這類研究在小區(qū)域范圍并不罕見，但在全球范圍內(nèi)從未進行過。KLEYPAS在氣候變化對珊瑚礁的影響方面進行了開創(chuàng)性的研究。他表示，最終得到的地圖集提供了一些希望。

珊瑚礁的情況不太好，科學家們都感到痛心。這項研究提供了希望。并不是說這個地圖集將解決所有問題，但它可以幫助人們更明智地保護最有可能生存下來的珊瑚礁。

楊林林譯自USA：Where coral reefs may be buffered against warming oceans Interactive global atlas can aid conservation efforts，Science Daily，2022-08-03

科學家揭示巨齒鯊的食譜

普林斯頓大學的新研究表明，巨齒鯊（Megalodon），這一有史以來最大的鯊魚，是史前食物網(wǎng)中最高營養(yǎng)級的頂級掠食者。

巨齒鯊因其巨大的牙齒而得名，每顆牙齒比人的手還大。這個群體包括有史以來最大的巨齒鯊及幾個相關(guān)物種。雖然鯊魚早在恐龍出現(xiàn)之前就存在（超過4億年），但這些巨齒鯊是在恐龍滅絕后出現(xiàn)的，并一直統(tǒng)治海洋直到300萬年前。該研究的主要完成人，普林斯頓大學地球科學博士研究生EMMA KAST表示，人們習慣于認為地球上最大的物種是藍鯨、鯨鯊，甚至大象和梁龍等濾食性動物或食草動物，而不是食肉動物。巨齒鯊是真正的大型食肉動物，以其他捕食者為食，在幾百萬年前滅絕。地質(zhì)和地球物理科學教授DANNY SIGMAN表示，如果巨齒鯊存在于現(xiàn)代海洋中，它將徹底改變?nèi)祟惻c海洋環(huán)境的相互作用。

研究人員發(fā)現(xiàn)了明確的證據(jù)，表明巨齒鯊和它的一些祖先處于史前食物鏈的最高級別，科學家稱之為最高“營養(yǎng)級”。事實上，他們的營養(yǎng)特征如此之高，以至于他們一定在復雜的食物網(wǎng)中捕食過其他捕食者和“捕食者的捕食者”（predators-of-predators）。KAST表示，海洋食物網(wǎng)往往比陸地生物類似草-鹿-狼的食物鏈更長，因為它從非常微小的生物開始。要達到這些巨齒鯊身上測量到的營養(yǎng)水平，不只是需要在海洋食物鏈頂端增加一個營養(yǎng)級，而是需要在現(xiàn)代海洋食物網(wǎng)的頂部增加好幾個。據(jù)保守估計，巨齒鯊身長15 m（約50英尺），而現(xiàn)代大白鯊的身長通常在5 m（約15英尺）左右。為了得出關(guān)于史前海洋食物網(wǎng)的結(jié)論，KAST、SIGMAN和他們的同事們使用了一種新技術(shù)來測量鯊魚牙齒中的氮同位素。生態(tài)學家早就知道，一種生物含有的15N越多，它的營養(yǎng)級就越高，但科學家之前未能測量到這些滅絕的食肉動物牙齒琺瑯質(zhì)層中保存的微量氮。如今，研究人員得到了一系列不同時期的鯊魚牙齒，能夠追蹤他們的營養(yǎng)水平與大小的關(guān)系。增加一兩個營養(yǎng)級的方法是同類相食，一些證據(jù)表明，巨齒鯊和其他史前海洋捕食者都有這樣的行為。

沒有時間機器，就沒有辦法重現(xiàn)滅絕生物的食物網(wǎng)。很少有骨頭能留下齒痕，表明“被一條巨大的鯊魚咬了”。幸運的是，SIGMAN和他的團隊基于生物細胞中的氮同位素水平揭示他們處于食物鏈的頂部、中部還是底部。SIGMAN表示，研究團隊的整個方向是尋找來自遙遠過去的地質(zhì)生物中那些在物理上受到保護的有機物質(zhì)——包括氮。一些位于食物鏈底部的植物、藻類和其他物種已經(jīng)掌握了將空氣或水中的氮轉(zhuǎn)化為其組織中的氮的訣竅。捕食他們的生物會把氮吸收到自己體內(nèi)，關(guān)鍵是他們會優(yōu)先排出（有時通過尿液）更多14N形態(tài)的氮，而不是15N。換句話說，相對于14N，15N會隨著物種在食物鏈中地位的上升而增加。其他研究人員已經(jīng)在距今1～1.5萬年前的生物身上使用了這種方法，但更古老的動物身上因為沒有留下足夠的氮，所以無法測量。這是因為，像肌肉和皮膚這樣的軟組織幾乎無法保存下來。而像鯊魚這樣的軟骨動物，他們的骨骼由軟骨構(gòu)成，沒有真正的骨頭。但最近這一情況發(fā)生了改變，科學家發(fā)現(xiàn)了另一種可以用作研究的部位——牙齒。鯊魚的牙齒被牙釉質(zhì)包裹著，牙釉質(zhì)是一種像巖石一樣堅硬的物質(zhì)，幾乎不受大多數(shù)細菌分解的影響，這使得鯊魚的牙齒比骨頭更容易保存下來。

SIGMAN解釋說，牙齒具有化學和物理抗性，所以他們可以在化學反應(yīng)非常激烈的口腔環(huán)境中生存，并分解含有堅硬部分的食物。此外，鯊魚并不局限于人類擁有的30顆左右的牙齒。他們的牙齒不斷生長和脫落，現(xiàn)代鯊魚在其幾十年的生命中平均每天都會脫落1顆牙齒，這意味著每尾鯊魚在其一生中會產(chǎn)生數(shù)千顆牙齒。當查看地質(zhì)記錄時，最豐富的化石類型之一就是鯊魚的牙齒。在牙齒內(nèi)部，有少量的有機物被用來構(gòu)建牙齒的牙釉質(zhì)，他們被困在牙釉質(zhì)中。由于鯊魚的牙齒數(shù)量如此豐富，保存如此完好，無論牙齒是數(shù)百萬年前的還是昨天從鯊魚嘴里掉下來的，牙釉質(zhì)中的氮特征都提供了一種測量其在食物網(wǎng)中地位的途徑。即使是最大的牙齒也只有一層薄薄的琺瑯質(zhì)外殼，其中的氮成分微乎其微。但SIGMAN的團隊一直通過開發(fā)越來越精細的技術(shù)來提取和測量這些氮的同位素比例。在鉆頭、化學清潔品和微生物的幫助下，他們最終將牙釉質(zhì)內(nèi)的氮轉(zhuǎn)化為一氧化二氮，能夠精確測量這些古老牙齒中的15N和14N比例。這個過程有點像啤酒廠，培養(yǎng)微生物，并把樣本喂給他們。這些微生物生產(chǎn)出一氧化二氮，然后研究人員分析他們生產(chǎn)的一氧化二氮。分析需要一個定制的、自動化的一氧化二氮制備系統(tǒng)，提取、純化、濃縮并輸送氣體到專門的穩(wěn)定同位素比例質(zhì)譜儀。SIGMAN表示，開發(fā)一種核心方法測量這些微量氮，是他們幾十年來的追求，研究對象從沉積物中的微化石轉(zhuǎn)移到其他類型的化石，如珊瑚、魚耳石和鯊魚牙齒。接下來，他們將把這項技術(shù)應(yīng)用到哺乳動物和恐龍的牙齒上。

威廉帕特森大學的古氣候?qū)W家和地球化學家，該研究的合作者MICHAEL（MICK）GRIFFITHS表示，EMMA做的一件很酷的事情是深入研究文獻，尋找?guī)资陙戆l(fā)表的現(xiàn)代海洋動物的氮同位素測量數(shù)據(jù)，并把他們與化石記錄聯(lián)系起來。她表示，他們的工具有可能破譯古代食物網(wǎng)，現(xiàn)在需要的是樣本。她的夢想是找到一個博物館或其他資料館，展示一個生態(tài)系統(tǒng)的快照，收集來自一個時間和地點的不同種類的化石，從食物網(wǎng)最底部的有孔蟲，到不同種類魚類的耳石，到海洋哺乳動物的牙齒，再加上鯊魚的牙齒。做同樣的氮同位素分析，把古代生態(tài)系統(tǒng)的整個故事放在一起?，F(xiàn)在的工作重點就是尋求合作，努力獲得更多鯊魚牙齒樣本來完成研究工作。

有關(guān)研究成果已發(fā)表在2022年6月22日出版的《科學進展》（Science Advances）雜志上，論文題為《新生代的巨齒鯊占據(jù)了非常高的營養(yǎng)位置》。這項研究獲得了普林斯頓大學地球科學系Scott基金、美國國家科學基金會沉積地質(zhì)學和古生物學基金、歐洲研究理事會聯(lián)合資助協(xié)議、馬克斯·普朗克學會以及美國化學學會獎、石油研究基金本科生新研究員資助項目的支持。

楊林林譯自USA：What did Megalodon eat？Anything it wanted--including other predators，Science Daily，2022-06-22

科學家追尋鯨鯊的蹤跡

海洋中最大的動物鯨鯊（Rhincodon typus）可以環(huán)游世界，偶爾出現(xiàn)在巴拿馬太平洋沿海水域曬太陽。然而，人們對該地區(qū)鯨鯊的習性知之甚少。來自史密森熱帶研究所（Smithsonian Tropical Research Institute，STRI）、安德森·卡伯特海洋生物中心和巴拿馬大學的科學家們通過衛(wèi)星追蹤其中30頭鯨鯊的行蹤，探索了影響該瀕危物種行為的因素。

與其他大型鯊魚一樣，鯨鯊可能需要數(shù)年甚至數(shù)十年的時間才能成熟并繁殖，這使得他們很容易受到種群數(shù)量下降的影響，尤其是在受到人類威脅的情況下。例如，他們可能作為副漁獲物被漁網(wǎng)捕獲，或當航道與他們的覓食地點重疊時面臨與船只相撞的風險。理解和預測鯨鯊的行為是保護該物種的必要步驟。STRI海洋生態(tài)學家HéCTOR GUZMáN領(lǐng)導的研究小組對這一物種的衛(wèi)星監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，鯨鯊主要在巴拿馬太平洋的沿海水域、海底山脈和山脊附近覓食，在那里他們可以找到大量他們最喜歡的食物——小魚和浮游生物。他們會沿著海岸向北及向南遷移，游向墨西哥和厄瓜多爾，或游向公海覓食。GUZMáN表示，這一物種需要明確的區(qū)域保護規(guī)劃。一旦確定了索餌場和繁殖場，就應(yīng)該對其實施一些保護措施。最近宣布的在該地區(qū)擴大海洋保護區(qū)的決定為大規(guī)模物種保護實踐提供了一個有趣的平臺。

該研究結(jié)果發(fā)表在《海洋科學前言》（Frontiers in Marine Science）雜志上。盡管鯨鯊在海洋保護區(qū)活動，但他們也會在商業(yè)捕撈和船舶航道區(qū)域活動，這可能會危及他們的生命安全。研究參與者、巴拿馬大學海洋生態(tài)學家CATALINA GóMEZ表示，這項研究顯示了保護鯨鯊的復雜性。帶著標記的鯨鯊經(jīng)歷了5個國家的17個海洋保護區(qū)，但他們77%以上的時間都處在沒有任何保護的地區(qū)。因此，對于鯨鯊等高度洄游和瀕危物種，保護措施應(yīng)超越建立當?shù)睾Ｑ蟊Ｗo區(qū)。把工作重點放在保護大片海洋區(qū)域和建立跨越國界的海洋走廊上，例如，巴拿馬新擴大的科伊瓦島周圍的海洋保護區(qū)和連接科伊巴與科科斯群島、厄瓜多爾加拉帕戈斯群島和哥倫比亞麻玻羅島的東熱帶太平洋海洋保護走廊。GUZMáN表示，進行定期的標記追蹤主要有2個原因。第一，人們?nèi)匀徊恢涝撐锓N在哪里繁殖，追蹤可能會幫助找到正確的方向。第二，他們在廣泛的地區(qū)活動。目前已經(jīng)確定了潛在的走廊或海上通道以及聚集區(qū)域，這些區(qū)域需要管理人員的關(guān)注和制定明確的保護規(guī)則。對其進行追蹤將使人們能夠更好地識別這些區(qū)域路線。

衛(wèi)星跟蹤還揭示了鯨鯊的遷徙模式似乎與被稱為渦流的循環(huán)洋流有關(guān)。GUZMáN表示，渦流被認為是遷徙物種的潛在覓食區(qū)或海洋中的食物中心，所以他們可以在這些區(qū)域停留很長時間進行覓食。然而，渦流是動態(tài)系統(tǒng)，其速度或強度、規(guī)模和位置一直不斷變化，甚至是季節(jié)性變化。這些索餌區(qū)對保護工作很重要，特別是考慮到他們的動態(tài)和與氣候變化相關(guān)的潛在變化。

楊林林譯自USA：What are whale sharks up to Science Daily，2022-07-04

長須鯨種群數(shù)量恢復

除了藍鯨，長須鯨是世界上最大的鯨魚。人類的捕殺使這2個物種幾乎滅絕。1976年禁止商業(yè)捕鯨后，這些長壽但生長緩慢的物種數(shù)量開始反彈。近期發(fā)表在《科學報告》（Scientific Reports）雜志上的研究展示了多達150頭大型南方長須鯨（Balaenoptera physalus quoyi）在歷史索餌場的視頻和照片。這比之前任何一次記錄的數(shù)量都多。鑒于這些鯨魚在營養(yǎng)循環(huán)中的關(guān)鍵作用，南極生態(tài)系統(tǒng)中的其他物種，比如磷蝦，也可以從他們數(shù)量的反彈中受益。

生物學家BETTINA MEYER教授表示，以前從未在一個地方見過這么多鯨魚，看著這些龐大的群體進食絕對是令人著迷的。2018年3—5月，MEYER率領(lǐng)“極地”號破冰船在南極半島地區(qū)進行了一次考察，觀察到多達50～70頭長須鯨?？疾礻犙芯苛藲夂蜃兓瘜δ蠘O磷蝦的影響。南極磷蝦能長到6 cm長，是南極食物網(wǎng)的基礎(chǔ)。這種微小的會發(fā)光的甲殼類動物是魚類、企鵝、海豹和鯨魚的主要食物來源。在考察期間，研究的主要完成人，漢堡大學的HELENA HERR博士帶領(lǐng)團隊和英國廣播公司（British Broadcasting Corporation，BBC）的攝像團隊聯(lián)合使用“北極星”號直升機進行調(diào)查飛行，統(tǒng)計和拍攝鯨魚種群。在22次飛行中，該團隊總共飛行了3 251 km，發(fā)現(xiàn)了100組長須鯨，每組1～4頭。此外，鯨魚研究小組一直在甲板上觀察，并在南極半島威德爾海象島附近發(fā)現(xiàn)了一群約50頭南方長須鯨，后來又在同一地點發(fā)現(xiàn)了70多頭。BETTINA MEYER回憶道，研究人員用聲學測量方法來顯示水中磷蝦群的存在和大小，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，能夠識別磷蝦群，甚至看到鯨魚是如何捕食他們的。

鯨魚雖然捕食磷蝦，但他們的糞便也給磷蝦帶來了好處。因鯨魚糞便富含的營養(yǎng)物質(zhì)為海洋提供了肥料，比如在南極相對稀少的鐵，對水中浮游植物（微藻）的生長至關(guān)重要。而浮游植物又是磷蝦的食物來源。BETTINA MEYER解釋說，當鯨魚數(shù)量增長時，他們會促進更多的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)，增加南大洋的生產(chǎn)力。這促進了藻類的生長，藻類通過光合作用從大氣中吸收二氧化碳，降低了大氣中的二氧化碳濃度。長須鯨數(shù)量的恢復似乎是一種趨勢?！皹O地”號考察一年后，鯨魚研究團隊和BBC帶著一艘特許船回到象島，觀察到了多達150頭的長須鯨。BETTINA MEYER表示，由于缺乏同步觀測，目前仍然不知道南極長須鯨的總數(shù)，但這依然可能是一個好跡象。在禁止商業(yè)捕鯨近50年后，南極長須鯨的數(shù)量正在反彈。

南極海洋生物資源養(yǎng)護委員會（International Commission for the Conservation of Antarctic Marine Living Resources，CCAMLR）的目標是在南大洋建立一個海洋保護區(qū)（marine protected areas，MPAs）。

楊林林譯自Germany：150 southern fin whales observed feeding together，Science Daily，2022-07-07

地球環(huán)境的穩(wěn)定促進了海洋生物多樣性

科學家們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代海洋生物多樣性達到有史以來的最高水平，是通過生物多樣性熱點地區(qū)的長期穩(wěn)定實現(xiàn)的，這些地區(qū)的物種數(shù)量特別多。發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上的這一發(fā)現(xiàn)，是通過一個開創(chuàng)性的模型得出的。該模型基于板塊構(gòu)造和環(huán)境因素，主要是海洋溫度和食物供應(yīng)，重建了海洋動物從起源（大約5.5億年前）到現(xiàn)在的多樣性變化。

與化石記錄不同，新模型沒有空白和抽樣偏差，因為模型中的多樣性歷史是數(shù)值模擬的，而不是靠化石數(shù)據(jù)重建的。該模型證實了多樣性的增加，且揭示了多樣性的增加與過去2億年間地球環(huán)境條件相對穩(wěn)定的多樣性熱點增加有關(guān)。為了準備這項工作，科考隊使用了一種古地理模型，可以追蹤大陸和海底在地質(zhì)時間中的運動，以及一種古地球系統(tǒng)模型，可以重建古代海洋的環(huán)境條件。在模型中，每個被跟蹤區(qū)域隨著時間的推移積累，多樣性的速率受每個區(qū)域及時間的環(huán)境條件控制。

布里斯托大學地球科學學院的MICHAEL BENTON教授表示，研究方法解決了之前關(guān)于巖石中化石記錄是否能提供生物多樣性在漫長時間內(nèi)的變化模式爭論。迄今為止，對全球范圍內(nèi)生物多樣性的歷史和現(xiàn)代生物多樣性起源的理解都依賴于化石記錄，化石記錄表明地球上的生命在過去的5億年里至少經(jīng)歷了5次大滅絕。歷史上最大規(guī)模的滅絕是二疊紀-三疊紀大滅絕，超過90%的海洋物種消失，使生態(tài)系統(tǒng)處于崩潰的邊緣。2.5億年后的今天，海洋中的生物比以往任何時候都更加多樣化。項目負責人PEDRO CERME?O表示，問題是如何走到今天這一步的?；涗浿械目瞻仔枰褂靡环N新的計算方法來重建生命的歷史。模型能夠重現(xiàn)現(xiàn)代海洋多樣性的地理分布，尤其是熱點地區(qū)，并揭示了產(chǎn)生這些多樣性的機制。在過去的50年里，古生物學家們一直在爭論化石記錄的質(zhì)量。BENTON教授表示，不確定化石是否能夠合理地描繪出過去的多樣性，以及生物在大規(guī)模滅絕后如何恢復的細節(jié)。該研究的主要完成人CARMEN GARCíA-COMAS表示，看到區(qū)域多樣化模型產(chǎn)生的全球多樣性動態(tài)與化石記錄中看到的結(jié)果相似，這令人興奮。支持使用該模型來重建深度時間的多樣性空間分布，能夠回答海洋生物多樣性熱點地區(qū)的起源時間和方式。

這個新模型還闡明了進化生態(tài)學中最具爭議的問題之一，地球所能支持的多樣性是否存在極限。生態(tài)學理論認為，隨著物種多樣性的增加和生物相互作用（如競爭）的加劇，物種多樣化過程會放緩直到停止，此后新物種的出現(xiàn)和建立將不可避免地導致舊物種的滅絕。然而，一些科學家認為，地球的生態(tài)系統(tǒng)是如此多樣化，總有空間容納更多的物種。研究結(jié)果調(diào)和了這2種觀點。雖然大多數(shù)海洋的多樣性水平遠低于其最大值，但多樣性熱點區(qū)域的生物多樣性可能已接近其極限。CERME?O表示，這個建模工具真的很強大，因為它允許探索很多事情，包括如果一些大滅絕沒有發(fā)生，或者他們發(fā)生在地球歷史的另一個時期，會發(fā)生什么。

人類對地球系統(tǒng)自然功能的干預導致了專家所說的第六次大滅絕。根據(jù)聯(lián)合國的數(shù)據(jù)，20世紀消失物種的數(shù)量等同于正常非滅絕情況下一萬年內(nèi)滅絕物種的數(shù)量。此外，國際自然保護聯(lián)盟評估中，仍有25%的物種面臨滅絕的危險。BENTON教授總結(jié)說，研究強調(diào)，如果目前的趨勢繼續(xù)下去，預計的多樣性損失可能需要數(shù)百萬年才能恢復，可以說超出了作為一個物種的存在時間范圍。

楊林林譯自UK：Environmental stability on Earth allowed marine biodiversity to flourish，Science Daily，2022-07-13