在落日的暗示下，每晚成群的浮游动物和小鱼从海洋深处迁移到海面觅食，同时在黑暗的掩护下躲避捕食者。黎明时分，它们游了数百英尺，回到海洋“暮光区”较暗、更安全的水域。一项新研究表明，一些浮游动物也在这个白天的保护区内反复上下游动，对如此微妙的云影做出反应，以至于船上的海洋学家都没有注意到。
该研究的主要作者、罗德岛大学海洋学研究生院的 Melissa Omand 博士说：“我们的发现提出了一些非常好的问题，即这种白天行为是否具有进化或生态优势。”新发现的高频“小型迁徙”似乎也显着增加了浮游动物的代谢需求，同样也能显着增加它们减少地球大气中温室气体二氧化碳积聚的能力。
加入阿曼德的研究，本月美国国家科学院院刊的封面故事，是博士。威廉玛丽弗吉尼亚海洋科学研究所的 Deborah Steinberg 和 Karen Stamieszkin。他们的发现来自于 2018 年美国宇航局 EXPORTS 野外活动期间在东北太平洋收集的数据。 EXPORTS 是一个多机构、为期 5 年的项目，涉及来自 17 个组织的 40 多位首席科学家在 11 个国家。
VIMS 的 CSX 教授兼生物科学主席 Steinberg 是 EXPORTS 项目的首席科学家之一。在过去的三十年里，她一直在对浮游动物垂直迁移进行实地研究，最近一次是在 EXPORTS 的第二次也是最后一次实地考察期间，即 2021 年 5 月的北大西洋航行。
海洋深处和地表之间的日常跋涉被称为地球上最大的迁徙，因为大量迁徙者以及这些微小生物往返旅行的距离。“对于这么小的生物——许多米粒大小——每天迁移 900 英尺就像你和我每天从早餐到早餐步行 25 英里，”斯坦伯格说。
“一百多年来，我们已经知道每天的垂直迁移——一种为了避免视觉捕食者的适应——”她补充道，“但我们不知道这种高频迁移也在发生。它只是表明我们对深海生物的生态和行为知之甚少。”
该团队使用辐射计测量表面阳光和类似声纳的设备收集数据，该设备可以检测水中的浮游动物。比较这两个数据流表明，当增厚的云层阻止阳光到达海洋深处时，浮游动物会游向海面，以它们喜欢的亮度留在水中。当云层变薄时，它们会游回去。根据 Omand 制作的模型，浮游动物对亮度的变化只有 10% 或 20% 的反应——对于船上的科学家来说，这是一种无法察觉的差异。
“这些小动物对光的敏感程度令人惊讶，”斯坦伯格说。“在我们整个 6 周的航行中几乎都是阴天，但我们发现一些浮游动物能够以某种方式检测并响应光强度的非常微妙的变化，仅由于云层厚度的变化。有云层经过的设置和其他晴朗的天空很可能诱发更明显的小型迁移。”
“有一个窗口可以了解这些小动物的白天生活，真是太酷了，”奥曼德说。“希望我们的研究能够阐明这些动物使用的线索以及它们为什么会这样做。”
对地球碳循环的影响
日常迁徙者通过吃生活在地表的浮游植物，然后将这些微型植物通过光合作用从水中去除的碳输送到深处(这种去除然后允许表层海洋从海洋中吸收更多的 CO2)，从而在地球的碳循环中发挥关键作用。空气)。通过这个“生物泵”从大气中去除并以碳的形式输出到深海的 CO2对当前的全球变暖没有任何贡献。
新发现的小型迁移对通过生物泵进行的全球碳传输具有未知但可能显着的影响。小型迁徙的每条腿的平均距离只有大约 50 英尺，但加起来一天，重复的短途旅行加起来超过 600 英尺，超过平均夜间迁徙距离的 30%。斯坦伯格说，这种额外能量消耗的影响是显而易见的。“迁移浮游动物需要满足其能量需求所需的碳量，因此它们摄取并可以输送到深处的碳量可能比之前预测的要高。”
量化小型迁移在地球碳收支中的作用需要进一步研究。需要更多的信息来充分理解为什么浮游动物为了响应光线的微小变化而整天上下游动，以及这种行为是否在不同物种和世界各地的海洋中普遍存在。
Steinberg 将该团队的发现归功于 EXPORTS 计划的跨学科性质。“像 EXPORTS 这样的项目很重要，”她说，“因为它们允许来自不同学科的科学家——在我们的例子中是物理海洋学家和浮游动物生态学家——结合和解释他们的实地观察。梅丽莎带来了检测高-频率迁移，而凯伦和我帮助将其置于生态环境中并认识到其影响。”
