【研究】沿海上升流驅(qū)動(dòng)了從海洋表層到深海海底的生態(tài)系統(tǒng)時(shí)間變異

生態(tài)系統(tǒng)變異性是衡量生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo)，是測度群落在正常的環(huán)境中所表現(xiàn)出來的特征，即群落適應(yīng)環(huán)境正常波動(dòng)能力的大小，反映了群落的穩(wěn)定性。

海洋生態(tài)系統(tǒng)變異的驅(qū)動(dòng)因素在很大程度上仍然未知，特別是在生態(tài)測量困難和罕見的真光層之下。一項(xiàng)發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》的研究，使用加利福尼亞蒙特瑞灣海洋研究所（MBARI）對海洋生態(tài)系統(tǒng)的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，對加利福尼亞海流生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)系統(tǒng)時(shí)間變異性進(jìn)行研究。

圖源：MBARI

該生態(tài)系統(tǒng)受到季節(jié)性的沿海上升流支持，在這個(gè)過程中，風(fēng)將富含營養(yǎng)的地下水吸入陽光照射的表層海洋。研究人員將獨(dú)立監(jiān)測地表、中層水和深海底棲生物群落的30年時(shí)間序列結(jié)合在一起，證明了上升流驅(qū)動(dòng)了從地表到深海海底的生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)間變異。該研究支持了先前的假設(shè)，即生物種群會(huì)抑制與動(dòng)物壽命相關(guān)的時(shí)間尺度上的環(huán)境波動(dòng)。因此，識(shí)別這些時(shí)間尺度可能會(huì)提供有關(guān)動(dòng)物壽命的線索，這是一個(gè)有價(jià)值但通常未知的生物學(xué)參數(shù)。

監(jiān)測整個(gè)海洋水柱生態(tài)系統(tǒng)的長期生物時(shí)間序列極為罕見。因此，經(jīng)典的范式還有待檢驗(yàn)。研究中一個(gè)范例是，沿海上升流的變化驅(qū)動(dòng)了整個(gè)水柱海洋生態(tài)系統(tǒng)的變化。研究通過使用橫跨加州中部洋流上升流系統(tǒng)表層(0米)、中層水(200至1000米)和底棲(~ 4000米)棲息地的30對年時(shí)間序列的數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)這一假設(shè)。數(shù)據(jù)包括表面浮游生物的微觀計(jì)數(shù)、中層水動(dòng)物的視頻定量和底棲海底無脊椎動(dòng)物的成像。研究表明，高上升流期有利于生物生物量或密度的增加，從海洋表層通過中層水向下到深海海底。

研究人員很早就認(rèn)識(shí)到海洋是如何對風(fēng)和天氣的季節(jié)性變化做出反應(yīng)的。然而，這些相互作用的具體細(xì)節(jié)，尤其是整個(gè)海洋水柱上涌的生物影響，尚未完全清楚。

在加利福尼亞附近，風(fēng)推動(dòng)季節(jié)性上升流，支持海洋生產(chǎn)力。但是物理學(xué)(風(fēng)有多強(qiáng))和生物學(xué)(有多少動(dòng)物)之間的具體聯(lián)系并不總是顯而易見的。這項(xiàng)研究通過海洋表面、中層和深海海底的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，揭示了大氣和海洋之間的聯(lián)系。

海岸上升流是海洋生態(tài)學(xué)的一個(gè)基本過程。海洋表層水域生產(chǎn)力的激增被認(rèn)為是在整個(gè)水柱中層疊的，沿海上升流的變化推動(dòng)了海洋生態(tài)系統(tǒng)從地表到海底的變化。

由于其長達(dá)數(shù)十年的持續(xù)時(shí)間和對蒙特利灣表層水域的浮游生物種群、蒙特利灣的中層水、以及加利福尼亞中部的深海海底等不同棲息地的關(guān)注，這些時(shí)間序列為研究整個(gè)水柱和深海海底的時(shí)間尺度范圍內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)變異性提供了前所未有的支持。結(jié)合這些數(shù)據(jù)集，研究人員揭示了整個(gè)水柱的生物群落如何對大氣強(qiáng)迫作出反應(yīng)。

“令人驚奇的是，一個(gè)過程如何對海洋中的生命產(chǎn)生如此多的不同影響。根據(jù)海洋群落本身的不同，它的表達(dá)可能有很大的不同，因?yàn)樗鼈儽舜酥g顯示出不同的時(shí)間變異性?！毖芯咳藛T說。

在每個(gè)時(shí)間序列中，群落的密度和生物量隨著時(shí)間的推移而增加和減少。但這種生命的潮起潮落在不同的時(shí)間序列中是不一樣的。隨著浮游生物的季節(jié)性繁殖，海洋表面的群落變化很大，而中層水和深海海底群落在較長的時(shí)間尺度上經(jīng)歷了更多的變化，年與年之間都有不同。

上升流帶來了大量的營養(yǎng)物質(zhì)，海洋生物對食物的豐富做出了迅速的反應(yīng)。這種對生物群落的影響會(huì)持續(xù)很長一段時(shí)間，有時(shí)會(huì)持續(xù)幾年。在海洋表面，對沿海上升流的生物反應(yīng)持續(xù)大約兩周。在深海海底，這種反應(yīng)持續(xù)了三年多。在中層水群落中，持續(xù)時(shí)間沒有明確定義，但至少為一年。

這些結(jié)果表明，沿海上升流對生態(tài)系統(tǒng)的影響從海洋表層通過水柱一直到海底深處。這種聯(lián)系最有可能直接通過光合作用的浮游植物(初級(jí)生產(chǎn))的變化、有機(jī)物下沉到海底(垂直輸出)、動(dòng)物攝食相互作用發(fā)生，并在較小程度上通過其他海洋變化間接發(fā)生。

物種對上升流做出反應(yīng)的時(shí)間尺度——海洋生物對上升流信號(hào)做出反應(yīng)的時(shí)間周期——是分類單元特有的，可能與生物壽命有關(guān)。確定特定物種上升流信號(hào)持續(xù)的時(shí)間可以提供有關(guān)動(dòng)物壽命的信息，這仍然很難測量，尤其是深海動(dòng)物。

參考文獻(xiàn)：

1. Citation: Messié M, Sherlock R E, Huffard C L, et al. Coastal upwelling drives ecosystem temporal variability from the surface to the abyssal seafloor[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023, 120(13): e2214567120.

編譯：Sara

審核：Daisy

編輯：Tommy