中国南极科考先驱王自磐:南极海底世界探索与保护

2019年12月06日

作者 | 王自磐

写在前面

2019年11月1日,南极海洋生物资源养护委员会(CCAMLR)第38届年会在澳大利亚霍巴特落下帷幕。与去年一样,大会焦点议题之一的南极海洋保护区未取得任何实质性进展,现有的三个海洋保护区提案均未通过。

2019年11月1日,英国《卫报》报道了CCAMLR保护区提案“第八次失败”的新闻(图片来自《卫报》报道截图)

尽管如此,南极依然是迄今为止全球海洋生态保护的前沿。那里不仅有因为人迹罕至而保存完好的自然生态景观和独特瑰丽的海洋世界,还有现今全球最大的海洋保护区——罗斯海保护区。

2018年,绿色和平与科学家们合作在南极开展了科学考察,基于科考成果推动确立了4处脆弱海洋生态系统(VME)的特定海区,并采集了大量海底生物的影像资料。

今天,我们邀请中国南极科考先驱,国内迄今唯一经历过南极冰海潜水考察的极地科学家王自磐,为我们解读形形色色的南极海底生命,以及他对南极海洋生态保护的理解。

王自磐老师是自然资源部第二海洋研究所原极地海洋研究室常务副主任、研究员,也是武汉大学、中国科技大学、德国耶拿大学兼职教授,博士生导师,德国阿尔弗雷德·魏格纳极地与海洋研究所(AWI)客座研究员,中国海洋大学极地海洋过程与全球海洋变化重点实验室学术委员,“中国极地考察先进个人”荣誉称号。作为资深极地专家,他从事极地环境与生态保护研究35年,曾17次赴南、北极参加考察探险活动,其中多次随“极星”号等国外考察船赴极地。在国内外学刊发表学术论文百余篇。

1989年,王自磐在东南极克里斯滕森海岸冰海潜水现场留影


46亿年前地球海洋诞生,从此生命的摇篮孕育出万物。从极地到赤道,海洋世界生机勃勃,有着千奇百怪的模样。

与其他地区的海洋相比,由于环境恶劣,长期以来人类对极地海洋知之甚少,在人们的想象中,只有温暖的海洋才能孕育出琳琅满目、万紫千红的生命世界,而在两极冰雪之下的大海深处,怕是不会有多少生命之物了。

但近几十年来,随着极地海域考察范围的逐渐扩大,尤其在南极海洋深处的研究增多,许多新物种不断被发现,过往的传统观念正在被科学新知所修正。有关南极海洋保护的理念,也在这个过程中得到更多的发展和完善。

南极巨大的冰山,其海面以下部分的体积更大,诱人的蓝色之中隐藏着许多的秘密 © Christian Åslund / Greenpeace

南极海底:奇幻的“生命花园”

南极是全球最寒冷和暴风雪最频繁的地区,南极海域通常一年中有一多半(约8-9个月)的时间被茫茫浮冰和积雪所覆盖。尽管天寒地冻,从海面到海底,却有着一个充满奇幻景象的生命世界。

在海面浮冰层下,首先是由绿色海藻构建的“冰下草原”,南极磷虾在这里越冬和繁育后代,各种各样的鱼儿小虾穿梭其间,又被飞鸟、企鹅与海豹们从浮冰的间隙中追逐和捕食。冰下的生机盎然,与冰面上的寒风凛冽、荒芜萧条形成了难以置信的反差。

南极的食蟹海豹 © Pete Speller / Greenpeace

海冰下的不同水层中,生活着银鱼和犬牙鱼等各种鱼类,和乌贼等头足类动物,以及凶猛的海豹和体型巨大的鲸类。

再往深处,在南极的海底,基于不同类型的地质结构,也是一个有不同物种、群落和密度构成的生命世界。

南极海底浅表层的底质环境通常以软泥底质、砂石混合底质或岩石类硬性底质环境为主。相比于岩石和砂石,沉降到海底的有机碎片和颗粒物更容易与海底淤泥混合,形成富含营养物质的软底层,进而为海藻、低等单细胞动、植物、甚至大型生物等各种底栖生物提供生命活动所需的栖息环境和营养物质。

因而,在软泥层底质结构的海底,更容易形成种类较多、密度也较大的生物分布景观。下面三张图片展示了三种不同的地质结构对生物分布的种类和密度的显著影响。

硬质海底生物分布的种类和数量显然相对稀少,例如,在一块沉入海底的坠石上面,生物稀稀拉拉,两株大些的是群体原始珊瑚,以及一些低等的海绵动物,有时会有蛇尾类的棘皮动物到此觅食。© Christian Åslund / Greenpeace

罗斯海陆架海底砂质底层生态景观:棘皮动物+双壳类动物群落结构(图片来自NSF/USAP Steve Clabuesch)

南极半岛陆架海底软泥底质呈现丰富多彩的动物世界。图中编号顺序:1.海绵 2.球海绵 3.棒海绵 4.海笔(海鳃类)5.柳珊瑚 6.50腕环海星 7.蛇尾 8海参 9.玻璃海鞘 10.柳珊瑚群体(图片由Greenpeace提供,物种名称由作者标注)

基于上图,我们可以想象出一个“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米”的南极底栖生态系统和食物链结构:

蠕虫类的线虫、环节动物多毛类(沙蚕)、某些海参和海胆、贝类、以及一些等足类和虾、蟹等甲壳动物等,以营养丰富的软泥底质环境作为自己的“安乐窝”,进而吸引来其他以它们为食的肉食性动物,如一些大型贝类、棘皮动物(海星、蛇尾、海参和海百合)等,以及多种底栖鱼类,以它们为食。

海百合 © Greenpeace

而生活在这个食物链中的南极海洋底栖动物,在漫长的时间里进化出了许多“另辟蹊径”的捕猎艺术:

力量派选手:腕力惊人的海星

海星是典型的“弱肉强食类”的捕食者,其强有力的腕足,可以用上面的吸盘强行将贝壳的外壳慢慢拉开,而后享用壳内的美味肉质。其中,个体伸展后的直径可达50-60厘米的50腕南极环海星被公认是南极贝类动物甚至底栖鱼类的“最大杀手”。

五十腕环海星 © Greenpeace

智慧型选手1号:用粘液征服猎物

南极栉水母的捕食杀手锏是它那能从反口端两侧释放出的两条长长的触手,触手侧肢上的粘细胞使其表面充满粘液,周围海水中游动的桡足类等小动物,一不小心粘上了就无法逃脱,成为南极栉水母的“盘中餐”。

几个南极栉水母正争夺已经被粘液粘成一团的桡足类水蚤(作者南极实验记录图片)

近底水层中的栉水母正游动着寻觅食物 © Greenpeace

智慧型选手2号:用毒液“守株待兔”

除了依靠力量和智慧主动出击的捕食者,也有一些动物选择“守株待兔”,比如水螅。水螅舞动的触手就像在海中撒下的渔网,无论是鱼子鱼卵、还是水蚤等,一旦触碰到这些触手就会被黏住,再被水螅触手刺细胞释放的“注射毒剂”麻痹,而后水螅便慢慢吞噬整个猎物。

智慧型选手3号:自带超凡的抗冻能力

在罗斯海冰冷的海底,生活着T·伯纳奇冰鱼,其血液中的糖蛋白分子含有一种能阻止血液冰晶生长的糖肽结构,进而保持体内的血液循环,以避免其机体被冻结。而这种抗冻特性,确保这种鱼在冰冻环境中得以生存和保持一定的活力,并能穿梭于冰凌缝隙,捕捉它们爱吃的腔肠动物和小型软体动物等。

T·伯纳奇冰鱼正在吞噬鳃曳虫(图片源自SCAR-III南极生物学研讨会论文集P442)

上述列举的只是南极海洋生物中最具特色的几种。在南极海洋中一共生活着10000多种海洋生物,而我们现有的知识只是其中的冰山一角。

独特而又脆弱的极地海底生态系统急需保护

现在我们已经越来越认识到,南极的海面下存在着一个丰富多彩的世界,其海底生物资源有着重要的科学研究价值。首先,南极生物资源包含了许多独特的物种,是宝贵的基因库;其次,南极生物对高寒环境的适应生理生化特性与抗冻机制,对生命机理和遗传基因研究具有无可替代的科学价值;另外,例如南极海绵等许多南极生物,还能提取用于医治人类癌症等疾病的天然药物,等等。

也因此,人类对极地海洋考察的兴趣、以及商业开发与捕捞的利益与日俱增,世界各国以种种名目进行的南极海洋活动直接打破了南极的宁静。

即便是海洋调查这类非开发性的活动,也难免存在影响,尤其海底采样使用的底拖网,拖行过程中会造成大面积海洋底层生态的毁损,而已经收入拖网之中的生物样品,因为在拖行和起吊过程中,不断滚动和相互挤压,破损严重,大部分样品变成废品,我在参与科考时,每每看到这种情况,都感到痛心,应严格限制此类底拖采样器具的使用,改用对环境影响小的采样方式。

在南极作业的希腊和俄罗斯转运船,转运船从渔船上收购货物,并将其转移至其他目的地。© Paul Hilton / Greenpeace

人类对南极的影响并不局限于只发生在南极地区的活动:源自地球其他地区的人造污染物质以及各种固体废弃物,也在极地不同海域海底相继被检测到,对极地生物与环境安全形成更加实际的威胁;而全球性气候变化对极地海洋环境的影响则更为深远和彻底:

  • 海洋水温的升高造成动物对环境温度的不适,进而发生生理生化改变、甚至可能导致生命过程的改变;
  • 全球升温导致南极冰盖变脆,冰盖边缘崩塌、甚至海上冰山崩裂产生的大量冰体会坠落和撞击海底,对海底生态环境造成直接破坏与伤害;大量冰山坐底刮擦将会严重破坏软泥层生态结构,甚至刮除覆盖于基岩上已经形成的生态结构层,从根本上毁损所及海底局部生境,导致生物群落的被剥离。

就算当这些落底冰山消除后,软泥层开始重新形成,各类生物得以逐渐依次“回迁”,对南极这样独特而又脆弱的生态系统来说,完整的环境与生态系统的修复过程需要花费数年、数十年甚至百年的漫长岁月

而在此之前,人类对南极海底生物资源的信息,无论是从海区的调研覆盖度应有频率两方面来看都了解甚少。还有相当多的海区从未有人踏足,更没有开展考察和研究。

基于此,国际社会对保护极地海洋和南极海底生物资源的呼声日趋强烈。而海洋保护区,是目前公认的最有效手段之一。

建立海洋保护区,守护南极

南极作为目前为止全球海洋保护的前沿,承担其保护工作的主要是南极海洋生物资源养护委员会(CCAMLR)的各成员,提出和共同探讨南极海洋生物资源的保护规划和相应的具体措施,其中一项主要内容就是在南极设立海洋保护区

不过,在实际的国际活动中,由于各参与国不可避免地要以维护各自国家权益为基本原则,难免因利益诉求的不同而产生意见分歧。在建立海洋保护区等重大问题的讨论中,往往需要大量时间进行反复交流与磋商,协商一致才能做出决策。所以,CCAMLR在保护区议题上的每一个成果都是十分珍贵和不易的。以目前世界上最大的海洋保护区——罗斯海保护区为例,其谈判就历经了漫长的5年,才最终得以达成。

回溯我们对南极海洋的了解过程,本以为贫瘠的极地海洋,其实孕育着丰富和独特的生命体系。即使在科技飞速发展的今天,我们对海洋的了解仍只是沧海一粟。因此,从长远的发展来看,建立一个有效的全球海洋保护体系,保护已知的具有特殊生态意义的海域,免遭过度捕捞、海底采矿等人类活动的破坏毫无疑问是至关重要的。

中国于2007年正式成为CCAMLR的成员,这些年来已经成为参与和决定国际谈判进程的重要力量。2019年4月,习近平主席提出了“构建海洋命运共同体”的理念,与其积极提倡的“绿水青山就是金山银山”的理念相一致,只有重视全球海洋生态环境保护,才能给全人类带来持续向善向好的发展。期待中国今后在全球建立海洋保护区方面,继续贡献我们的大国力量。

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