气候变化

关于神秘的“会飞的土豆”,它既不是植物也不是动物,导致了海湾历史上最大的有害藻华

我们怎么知道下一个会来呢?

2022年9月21日

今年夏天,旧金山湾的海岸有时看起来就像一个鱼类前线——到处都是死去的白色亚博登录网页版本和绿色鲟鱼、豹鲨、条纹鲈鱼、蝙蝠鳐鱼、臭鱼、凤尾鱼和其他鱼类.它于7月下旬在阿拉米达开始,并扩展到整个海湾。据报道,到8月底,仅奥克兰的梅里特湖就有1万条鱼死亡。在杀手藻繁盛的地方,水是暗淡的铁锈色。一个报道援引当地居民的话说“末日即将来临”。当地的科学家被称为这次事件被称为“水中野火”。黑暗来自于罪魁祸首的高密度,它正在以百万计繁殖:一种叫做Heterosigma akashiwo- - - - - -akashiwo在日语中是“红潮”的意思。这不是h . akashiwo这是他第一次出演明星。

h . akashiwo已经在日本造成了巨大的、可怕的繁殖期(在那里它第一次被描述在1967在20世纪90年代中期和21世纪初,它在太平洋西北部杀死了大量养殖和野生鱼类,每次爆发造成约200万至600万美元的损失。在海湾这里,多年来,它在浮游植物群落中一直是一种相对寒冷的常态,但没有表现出来,在中央海湾65%的常规水样中都出现了这种情况。在加州,人们甚至认为它的危害还不足以真的担心,因为它不会产生毒素在食物链中生物积累。但是现在,h . akashiwo已经造成了海湾历史上最大的有害藻华,科学家们正忙着了解更多。

“对于研究浮游植物的人来说,这是一个非常重要的问题——为什么现在,为什么生物?”加州大学圣克鲁斯分校的海洋科学教授Raphael Kudela说。“这就像买彩票一样。背景里有很多玩家。有时它们会突然出现并接管一切。”

从2022年8月3日到2022年9月9日,由12张计算机生成的海湾图像组成的网格。海水的颜色与海湾中叶绿素生长的程度相对应(通过卫星的荧光测量)。到了8月底,整个海湾都长满了藻类。(美国国家海洋和大气管理局)
并接管了它。在这组从8月初到9月初的时间序列图像中,红色表示叶绿素水平最高的地方——也就是藻类盛开的地方。到8月底,整个海湾都被填满了。(美国国家海洋和大气管理局)

有害的藻华,或HABs,发生在被称为浮游植物的微观海洋藻类遇到在合适的条件下,细胞会疯狂繁殖并迅速繁殖,达到每加仑水数百万个细胞的浓度。有时,细胞开始产生毒素。藻华可能是良性的,但当它开始杀死动物或使人或动物生病时,它就进入了HAB的范围。这通常是毒素在起作用,但有时只是因为花开吞噬了其他生物所需的所有氧气。hab就像彩虹的颜色一样千变万化,或者更准确地说,是浮游植物的多种种类。最常见的是,你听到的甲藻和硅藻的优先级更高适宜catenella这是一种甲藻,会导致瘫痪性贝类中毒,也叫硅藻Pseudo-nitzschia南极光它的神经毒素软骨藻酸关闭了位于加州的邓杰内斯蟹渔场2015

h . akashiwo是从三等舱来的raphidophytes,它们是原生生物。这种单细胞海藻在显微镜下看起来不过是一片玉米片,它可以像植物一样进行光合作用,并像动物一样依靠两条毛状鞭毛移动。它既不是植物,也不是动物,也不是真菌。对科学家来说,这仍然很神秘。关键的悬而未决的问题是什么条件触发了它的开花,以及为什么它有时会变成有毒的,或不会。


          

但在解开生态系统的问题之前,你必须先了解生物体本身。和h . akashiwo不太好理解。首先,它真的很软,缺乏坚硬的细胞壁,这使它有点容易收集。试图用化学物质保存它,它们会使它脆弱的细胞变形或破裂。作为一种遍布世界各地的藻类,它的外观无论走到哪里都有细微的变化——所以它在日本和旧金山湾有一点不同,这让它更难识别。亚博登录网页版本

我们知道的很多东西h . akashiwo这在一定程度上要感谢科学家们,他们从2010年开始,在华盛顿圣胡安岛(San Juan Island)水域旁的一个装潢精美的集装箱里工作了三年。它被负责管理的美国国家海洋和大气管理局称为“活体实验室”。在那里,科学家们可以分离出这种易逝的、挑剔的藻类样本,并在它们自然生长的环境中将它们在户外孵化。这样做的动力是科学和金钱两方面的——自20世纪90年代中期以来,h . akashiwo在几乎没有任何征兆的情况下,太平洋西北部和不列颠哥伦比亚省西南部的内陆水域开始出现繁花。

旧金山州立大学河口与海洋科学中心的研究教授兼高级研究科学家威廉·科克兰(William Cochlan)就是那个集装箱实验室的工作亚博意甲买球APP人员之一。亚博登录网页版本科克伦是加州为数不多的研究这方面的专家之一h . akashiwo科克伦回忆说,当时他的研究生给它起了个绰号,叫“会飞的土豆”。后来,他想:“没有人知道这些细胞的生理学原理。西海岸没有人种植或研究它们——我要开始这样做了。”

“会飞的土豆”,异osigma akashiwo。(由William Cochlan提供)

这就是Cochlan的生态生理学实验室,他说这是加州唯一一个进行培养和实验的地方h . akashiwo2002年,当这种生物在旧金山湾区首次出现密集繁殖时,它已经准备好了。在此之后,2004年又出现了一次规模较小的花季。这时,包括Cochlan和他的几亚博意甲买球APP个研究生在内的研究人员,找到了一些关于这种特殊藻类的原因。

一般来说,任何浮游植物都需要适当的阳光、营养、盐度和温度的组合才能生长。这些条件是物种特异性的,限制了它的生长速度。例如,海湾通常是硅藻生长的好地方。但是,当海水变得又热又平静时,就像最近几个月的情况一样,条件就成熟了,其他东西就会取而代之。

在翅膀中飘浮h . akashiwo在美国,海水的盐度和温度范围都很广。由于藻类可以游泳,摆动它们的鞭毛,它们可以通过进入不适合捕食者的区域,来逃离捕食者,比如浮游动物。通过在水柱中上下移动,它们可以优化阳光和营养的可利用性。科奇兰解释说:“它们不用担心旧金山湾是如此浑浊,因为它们会游到非常表面。”亚博登录网页版本最关键的是,它们对食物不挑剔。这种食物就是氮,它有多种形式:硝酸盐,它被高度氧化,还有更多的还原形式,如铵和尿素。科克兰说:“这种植物在所有的海水中都能生长得同样好,即使在阳光暗淡、水深较深的情况下也是如此。”

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如果你在找一个恶棍,那就很难责怪了h . akashiwo开花。它只是在做藻类做的事:在吃得好的时候吃,并在这个过程中繁殖。来h . akashiwo在美国,海湾是一家自助式餐厅。氮来自废物——人类排泄物、动物排泄物、化肥径流和精炼厂是主要来源——没有多少河口能像海湾那样吸收如此惊人的营养物质。该地区有几十个污水处理厂,每年排放约5亿加仑处理过的废水,占系统中溶解无机氮(DIN)和溶解无机磷输入量的60%以上2014年的报告来自旧金山河口研究亚博登录网页版本所。平均每天约有74公吨这种氮流入海湾。实际上,现在的水比上世纪七八十年代之前要干净得多,当时工厂开始通过二次废水处理来去除污染物。但是二次处理并不能去除太多的氮,而且大多数植物也不会限制氮的产出。所以现在,随着越来越多的营养物质流入海湾,气候变化使海水升温,我们可能会看到更多有害的藻华。包括那些涉及h . akashiwo

梅利特湖死黄鳍虾虎鱼在藻华期间。(由Damon Tighe提供)

我们能消除它吗?旧金山河口研究所的高级科学家、旧金山湾营养管理项目的首席科学家大卫·森恩说,可能不会。亚博登录网页版本“也许它会永远在这里,”他说。“至少有一种方法可以降低这类事件的严重性。这是在旧金山湾的营养水平较低的情况下。”亚博登录网页版本这是可行的,他补充道。但这需要“大约100亿美元”。

当藻类消耗完自助餐、死亡并下沉时,水华就结束了。但即使在这里,h . akashiwo胜利。当受到压力时,它会形成一个囊肿——一个耐寒的、休眠的自己——并沉入沉淀物中,等待条件再次变得有利。这是一个可能的原因h . akashiwo在初夏的一次暴涨之后,今年9月再次开花。“囊肿是细胞的一种环境适应性形式。它就像一颗种子,”Cochlan说。“所以,一旦你有过一朵花,你很可能会再次开花。可能几周后就会了。也许几年后就会了。这完全取决于哪种因素的组合触发了细胞的蜕皮。”

无论何时,研究人员不仅可以通过地面监测发现它,亚博意甲买球APP还可以通过从太空寻找hab。例如,国家海岸海洋科学中心(NCCOS)使用卫星捕获的表面荧光数据作为叶绿素的代表,而叶绿素又是浮游植物生物量的代表。与此同时,对于最近的爆发,美国地质调查局和SFEI加强了他们的监测,在南湾纵横交错地测量浮游植物的丰度(包括h . akashiwo)、溶解氧、盐度、悬浮沉积物等参数。9月初,NCCOS为美国地质调查局加州水科学中心和SFEI的HAB事件响应计划提供了紧急资金,支持毒素分析、培训和数据收集等活动。

收集所有这些数据将帮助科学家了解什么情况下会导致毒性h . akashiwo花朵。回到普吉特湾的集装箱里,当Cochlan和他的研究生们用不同的赤石藻细胞做实验时,他们不断地调整不同的营养来源、光照水平和盐度,所有这些都是为了看看哪种组合不仅能让赤石藻生长得更快,可能形成藻华,还能让它们释放毒素。大量的藻类不一定是个问题。“但如果有很多的它们在那里,它们产生大量的毒素,或者它们增加每个细胞的毒素——我们称之为‘热因子’——那么你就有一个严重的问题了,”Cochlan说。“这显然是我们在旧金山湾所做的,”他补充说,因为鱼在氧含量骤降之前就已经死亡了——尽管检测毒素是一亚博登录网页版本项高度专业化的任务,在实验室中需要一段时间才能确认。帮助这些工作的紧急资金随着花海重新向海湾扩展而到来。但HAB研究人员并不亚博意甲买球APP总是这么幸运。

Senn、Kudela和Cochlan这三位科学家都认为,从长远来看,资金是阻碍HAB研究进展的主要因素。亚博意甲买球APP“我经常对人们说,摆脱这些有害藻华的最快方法是最终获得一个项目的资金——当你得到资金的那一刻,毫无疑问,它不会发生,”Cochlan说。他笑了。但他只是半开玩笑。当海滩上有死鱼时,每个人都对HABs感到兴奋,但一旦繁殖力消退,我们就都忘记了。

但他们正在回归。因此,与此同时,科学家们希望通过更好地跟踪、研究和预测HABs来为爆发做好准备,尤其是因为它们并不都是良性的h . akashiwo.来自亚博意甲买球APP加州大学洛杉矶分校、加州大学圣克鲁斯分校和旧金山河口研究所的研究人员正在创建一个计算机程序,该程序将高分辨率卫星数据和地面监测数据结合起来,对旧金山湾及其邻近沿海亚博登录网页版本地区的藻华可能性进行建模。目前最常用的卫星的空间分辨率为300米,但到2024年,这一分辨率可能会下降到30米左右。理想情况下,他们将把这与更好地了解导致这些繁殖的微小、奇怪细胞的遗传学和生理学结合起来。

然而,这需要我们花费时间、金钱和精力在研究非常非常小的生物——“会飞的土豆”和它的同类——这种单调乏味的工作上。“不了解土壤中生长的是什么,你就不了解农场是如何运作的,”Cochlan说。“海洋也是一样。”

关于作者

穆克塔·帕蒂尔是湾区的自由科学作家。她喜欢加州罂粟,缪尔森林和太平洋。