海洋生物學(xué)家在海上僅兩周發(fā)現(xiàn)31個(gè)潛在新物種

巴西沿海一艘先進(jìn)科考船識(shí)別出螃蟹和龍蝦的一種新近親、九種新水母，以及兩種肉眼可見的巨型單細(xì)胞生物。

世界海洋“中水層”這個(gè)看似平淡無奇的名稱，掩蓋了陽(yáng)光層下方一個(gè)黑暗、高壓、宛如異星的世界，從海面以下超過13000英尺（約4000米）處開始。這是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)——但它的許多居民根本無法前往海洋的低壓區(qū)域，也根本無法靠近科學(xué)家能近距離研究它們的任何地方。

幸運(yùn)的是，施密特海洋研究所科考船“福爾科（二代）”號(hào)上的一支海洋科學(xué)家團(tuán)隊(duì)來到了它們身邊，借助一套全新的顯微鏡、深海成像儀和船載基因測(cè)序設(shè)備，在短短兩周內(nèi)發(fā)現(xiàn)了可能創(chuàng)紀(jì)錄的31個(gè)潛在新物種。據(jù)該研究所稱，考察隊(duì)的研究人員首次在海上對(duì)生物體的內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維成像：記錄了一種原生生物如何利用其玻璃骨架來搭建自身的微生物構(gòu)造。在這些新物種中，該團(tuán)隊(duì)揭示了一種與螃蟹和龍蝦有親緣關(guān)系的新型端足類動(dòng)物、一種游速異常迅捷的薄紗蠕蟲、九種新水母，以及兩種肉眼可見、名為根足蟲類的巨型單細(xì)胞生物。

“在我們探索的每一個(gè)水團(tuán)中，海洋都充滿了意外驚喜，從未停歇。”“福爾科（二代）”號(hào)科考隊(duì)首席科學(xué)家之一、緬因州比奇洛海洋科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的分子生物學(xué)家約翰·伯恩斯在一份聲明中說道。

伯恩斯指出，一艘船上匯集了來自美國(guó)、澳大利亞、巴西和日本的二十四位科學(xué)家和工程師，這極大地增強(qiáng)了他們“快速構(gòu)建數(shù)字標(biāo)本”的能力，為“在全球海洋乃至更遠(yuǎn)的地方快速共享和識(shí)別新物種”開辟了新途徑。

“魷魚”顯微鏡

這次考察中使用了一種新穎的轉(zhuǎn)輪式共聚焦顯微鏡，這臺(tái)由斯坦福大學(xué)開發(fā)的設(shè)備名為“魷魚”，它將實(shí)驗(yàn)室級(jí)成像設(shè)備帶到現(xiàn)場(chǎng)，可提供三維激光掃描、多色熒光照明等多種掃描技術(shù)。

“這開啟了一個(gè)全新的探索世界，”考察首席科學(xué)家、海洋動(dòng)物學(xué)家凱倫·奧斯本對(duì)媒體表示，“我們可以觀察到細(xì)胞之間如何相互作用、交換物質(zhì)并構(gòu)建骨骼。而且我們能在船上實(shí)時(shí)進(jìn)行這些觀察，而通常需要花費(fèi)數(shù)周時(shí)間進(jìn)行染色和制片才能看到任何東西。”

在伯恩斯和日本東北大學(xué)海洋生物學(xué)家謝麗爾·艾姆斯的帶領(lǐng)下，“福爾科（二代）”號(hào)上的遺傳專家在船上對(duì)采集到的標(biāo)本進(jìn)行了基因組測(cè)序，進(jìn)一步加快了如今從中水層快速鑒定出新物種的速度。

“重力機(jī)器”與遙控潛水器

海洋科學(xué)家長(zhǎng)期面臨一個(gè)特殊難題：研究中水層海洋物種，這些物種大多進(jìn)化出柔軟、可滲透且?guī)缀醪怀尚蔚能|體，能夠在超過海平面大氣壓400多倍的水壓中滑行。施密特研究所的團(tuán)隊(duì)通過幾種方法解決了這一問題，包括使用一艘名為“蘇巴斯汀”的深海遙控潛水器，它配備了一系列非侵入式測(cè)量工具，以及一臺(tái)能夠模擬這些物種棲息地的“重力機(jī)器”顯微鏡。

“我們現(xiàn)在可以實(shí)時(shí)目睹這些適應(yīng)了巨大壓力和黑暗的極端生物體內(nèi)的內(nèi)部過程。”考察團(tuán)隊(duì)成員、在斯坦福大學(xué)開發(fā)了重力機(jī)器的馬努·普拉卡什在聲明中說。

該設(shè)備實(shí)際上是一個(gè)桌面轉(zhuǎn)輪形狀的水族箱，能模擬出類似于中水層深度的無限垂直水柱，這些物種通常會(huì)順著水柱上浮覓食，再下潛回去休息。

在真實(shí)的深海深度中，“蘇巴斯汀”使用一種名為DeepPIV的“粒子圖像測(cè)速”工具來測(cè)量水下生物及其周圍流體的速度，同時(shí)還配備了日本和美國(guó)研究人員開發(fā)的遠(yuǎn)程成像系統(tǒng)。

施密特海洋研究所執(zhí)行主任喬蒂卡·維爾馬尼表示：“這是我們與這群科學(xué)家和工程師合作進(jìn)行的第三次航行，旨在測(cè)試并進(jìn)一步開發(fā)這種創(chuàng)新的中水層研究設(shè)備。”并補(bǔ)充說，這“讓人們得以一窺海洋生物科學(xué)的未來。”

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