海洋

这场环球帆船比赛可能会改变我们研究海洋生物多样性的方式

11小时帆船队除了在世界环球帆船赛勇夺桂冠以外,还为研究生物多样性和海洋做出了贡献。 Image: 路透社/Nic Bothma

Gemma Parkes
Communications Lead, Ocean Action Agenda, World Economic Forum
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  • 本赛季世界环球帆船赛的一段赛段通过帆船收集了环境DNA。这是历史上首次使用帆船收集数据。
  • 科学家发现了地点纬度与该地海洋中分解塑料的细菌丰度之间的联系。
  • 世界经济论坛的海洋行动议程也在努力将海洋数据使用纳入其组合创新工作中。

​尽管我们已明确知悉,海洋生物多样性正受到威胁,但全球海洋仍有95%的区域等待人类的探索

目前,人们或许已研发出一种全新的探索海洋生物多样性的方式。人们开始利用环球帆船赛收集数据样本,将最尖端的科技用于海洋生物多样性的研究之中。这种数据收集方式史无前例,极富创新。

在世界环球帆船赛2022-2023赛季期间,11小时帆船队不仅要在为期六个月的帆船比赛中拔得头筹,更肩负着收集海洋环境DNA样本的开拓性使命。用帆船收集环境DNA是目前测量海洋健康和生物多样性最先进的方法之一。令人骄傲的是,11小时帆船队同时完美完成了这两个任务。

现在,经历过实践的检验,用帆船收集环境DNA被证明是一种非侵入性的全新海洋生物多样性研究方法。

世界上最快的科考船

11小时帆船队在整个赛程的第4个赛段中采集了样本。该赛段从巴西伊达贾伊开始,到美国罗德岛纽波特结束,总长5550海里(约10278.6公里)。本次采集数据样本的尝试旨在相应世界环球帆船赛科学计划的开创性倡议,加强人们对海洋状况的了解。

在2023年4月23日至5月10日期间,新西兰最大的独立科学组织Cawthron研究所收集并分析了27个水样。每个样本都包含微生物的遗传物质,或数千种海洋物种通过其废物和皮肤细胞脱落的遗传物质。

11小时帆船队通过赛艇上的海洋监测仪器箱OceanPack收集样本。OceanPack是一种可以用于测量一系列海洋数据的专业设备,盐度、温度、二氧化碳、氧气和微量元素等各种数据皆可测量。这一设备在整个比赛过程中都能够自动连续工作。

环境DNA是本次收集的主要目标数据,指的是在环境样品中所有被发现的不同生物的基因组DNA的混合。在本次赛事中,环境DNA是通过OceanPack取样的:海水流过设备时,OceanPark通过创新的环境DNA过滤器泵留存两升海水以供分析。通过这种方式进行取样的优势在于,它为科学家提供了交叉核对数据并寻找数据间联系和相关性的机会。

每个收集到的样本都包含数百万个环境DNA片段。所含数据容量之广,从单细胞生物,一直到灯笼鱼和难以捉摸的海鳗,都被囊括在内。这些样本能够反映出海洋生物的真实生活情况以及它们在整个大西洋中变化的过程。

环境DNA:海洋研究的下一个浪潮

我们对海洋了解得越多,我们就越能够有效地保护它。而环境DNA采样作为生物多样性测试的前沿科技,正是实现这一突破的关键所在。它是了解海洋健康现状,以及追踪气候变化和污染等主要威胁如何影响海洋的有力工具。

对高精度的样本进行的环境DNA分析结果深刻而全面地展现了物种的多样性存在。这些数据价值颇高,能够帮助我们追踪濒危物种,监测疾病和病原体。而当我们比较不同时间提取的样本时,还能够帮助我们分析气候危机对海洋生物的影响。比如,环境DNA分析的结果能够揭示物种生存地理范围的改变。

近来,人们越来越青睐环境DNA测试,因为它能够从全局视角分析生物多样性。并且,相比于物种捕捉和航空测绘等传统研究方法,环境DNA测试不易造成环境破坏,也更加节约成本,可适用范围更广。此外,环境DNA分析产出结果较快。鉴于海洋问题的紧迫性,这一点至关重要。

帆船队的发现

通过分析本次世界环球帆船赛中收集的环境DNA样本,研究人员主要发现该片海域中所含分解塑料的海洋细菌(假单胞菌和酸杆菌)的丰度与地点纬度之间存在惊人的相关性。分析显示,在巴西海岸线附近的低纬度地区,细菌的含量最高,这意味着有更多的塑料能够在此被降解。虽然来自单一帆船队伍的数据或许并不能产出具有结论性的成果,但这一发现足够强调了环境DNA技术的强大作用以及进一步研究的必要性。增进对这些细菌地理分布的了解可以为对抗海洋塑料危机提供有价值的思路和见解。

环境DNA的分析结果还显示,可能对包括人类在内的其他物种的健康构成威胁的寄生细菌(细胞外或细胞内寄生虫)与海面温度和经度升高密切相关。其所在海域越靠近陆地,其丰度越高。随着在最近几个月内全球海面温度创下历史新高,海洋温度变化对致病微生物的影响是另一个亟待研究的关键领域。

意义深远的帆船赛

本次环境DNA采样是世界环球帆船赛“为了人类的未来而竞速”可持续发展计划的一部分。这项计划与11小时帆船队合作进行,旨在激励人们采取行动保护海洋。它以一项雄心勃勃的科学计划为特点,利用赛程中的帆船队,以极快的速度在六个月的比赛中收集了超过400万份测量数据,其中许多还来自一些以往研究未曾涉及或勘探的偏远地区。收集到的所有信息都将被用于撰写有关海洋和气候的重要报告。

在2022-2023赛季期间成功采样后,世界环球帆船赛的目标是在未来的比赛中继续扩大数据收集规模,并让更多的帆船参与到其中,驶向那些科学家难以触及的偏远却重要的海域。

世界环球帆船赛总经理Richard Brisius同时也是海洋行动之友成员,一同参与到这个由世界经济论坛发起的全球领袖社区,积极追踪促进海洋健康的解决方案。

本文作者:

Gemma Parkes,世界经济论坛海洋行动议程传播负责人

本文原载于世界经济论坛Agenda博客,转载请注明来源并附上本文链接。

编译:吴逸萌

编辑:江颂贤

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