◤在光学显微镜下可以看到埃氏宽瓣鲨的齿质受到腐蚀。
齐鲁晚报·齐鲁壹点
记者 任志方
鲨鱼顶级捕食者地位
可能会被代替
人类活动产生的二氧化碳中,超过四分之一被海洋吸收,二氧化碳与海水发生反应,产生碳酸,碳酸过多,海水的酸碱度发生变化。美国国家海洋和大气管理局数据显示,海洋平均pH值已经从工业革命之前的8.21,变为如今的不到8.1。这一数值变化表明,海水的酸度升高了大约30%。pH值指示了酸碱程度,这个值越小,说明酸度越大。
近期发表在《科学报告》上的一项研究显示,随着海水中的二氧化碳浓度上升,海水的酸度增加,鲨鱼的牙齿和齿状鳞片(盾鳞)开始受到腐蚀,而这会限制鲨鱼的游泳和捕食能力。
南非斯泰伦博斯大学的研究者认为,鲨鱼在海洋中的顶级捕食者地位最终可能会被替代,这将会扰乱整个海洋的食物链。“一些体型较大的鲨鱼(例如大白鲨)已经高度濒危,而这种海洋环境的变化可能会让它们走向灭亡。”
研究者从啤酒中获得了该研究的灵感。他们注意到酸度较高的啤酒以及其他碳酸饮料会腐蚀人类的牙齿时,意识到,酸度更高的海水可能腐蚀鲨鱼的牙齿。
研究人员在南非开普敦港捕捉埃氏宽瓣鲨,并将它们转移到一家由政府资助的研究型水族馆。经过4个月的适应后,这13条鲨鱼被分为实验组和对照组。对照组的鲨鱼被养在微碱性、pH值为8.1(与海水的pH值相当)的大型水缸中。与此同时,实验组鲨鱼生活的水体pH值被逐渐调整至7.3——如果二氧化碳排放持续增长,那么到2300年时,海水的pH值就会降至7.3(即使是目前,在南非、美国加利福尼亚州等地区的海水中,由于洋流和风的影响,海水的pH已经达到了7.3,甚至更低)。
实验开展两个月后,研究人员通过电子显微镜分析了鲨鱼盾鳞齿质中的钙和磷酸盐浓度,发现这些齿质明显变小了。实验组的鲨鱼盾鳞有25%受损,而对照组只有9%。挪威科技大学的生物学家Fredrik Jutfelt说:“如果仅仅两个月之后,这些鲨鱼就出现了明显的腐蚀,可想而知一年之后,它们会变成什么样。”
研究者提出,海洋酸化对不同种类鲨鱼的影响不尽相同。埃氏宽瓣鲨喜欢在海底安静地等待和伏击猎物,所以被腐蚀的盾鳞可能不会影响它们的捕食活动。但对于体型更大、通过游动捕食的鲨鱼(如大白鲨)来说,它们的盾鳞在游动的过程中发挥了关键作用。一项发表于《鱼类生理学》的研究发现,鲨鱼的盾鳞能使鲨鱼的游泳速度提高12%。因此,损坏的盾鳞不仅会降低鲨鱼的速度,还会让它们更难捕食猎物。
海洋酸化将影响
整个海洋生物链
海洋酸化的后果不仅影响海洋生物链中的顶级捕食者,一些海洋生物赖以形成贝壳、骨架或珊瑚礁的碳酸盐也在减少,这将影响小型浮游生物,进而影响整个海洋食物链网。
美国国家海洋和大气管理局等机构研究人员在新一期英国《自然·地球科学》杂志上发表论文称,加利福尼亚州沿海的海水酸化速率高达全球平均水平的两倍,这可能会损害当地的三文鱼、蟹、贝类等渔业资源。他们通过分析海底沉积物中的有孔虫外壳来推断海水酸化速率。有孔虫是一种有钙质外壳的海洋生物,海水酸化会影响其外壳厚度。
研究人员分析了约2000个有孔虫外壳,它们的时间最早可追溯至1895年。结果显示,这100多年来加州沿海的海水pH值下降了0.21。这意味着海水酸度更高。
这项研究指出,与全球海洋的海水酸化平均速率相比,加州沿海的海水酸化速率是其的两倍左右。研究人员认为这种趋势可能会影响加州沿海的渔业资源,未来当地一些海域可能不再适合三文鱼、蟹、贝类等有重要经济价值的海洋生物生存。
同样可能受到威胁的还有世界最大的珊瑚礁群——澳大利亚大堡礁。
研究人员在2018年3月出版的《自然》杂志发表论文,报告他们在大堡礁南部一个名为“独树岛”的小珊瑚岛做实验,在流过珊瑚礁群落的海水中加入二氧化碳,增加海水酸度,发现珊瑚“钙化进程”即碳酸钙堆积减缓34%。他们两年前做过相反实验,在海水中加入抗酸剂后,珊瑚会加速“钙化进程”。
海水吸收大气中的二氧化碳,产生化学反应,生成碳酸。碳酸会腐蚀珊瑚礁、水生有壳动物和一些其他海洋生物,对珊瑚礁损害尤其大,因为珊瑚礁经由“钙化进程”而形成。
卡内基科学学会的肯·卡尔代拉说:“上次,我们降低海水酸度,模拟100年前的海水pH值水平。这次,我们在水中加入二氧化碳,增加酸度,模拟100年后的样子。”
论文第一作者丽贝卡·奥尔布莱特说:“我们的发现提供强有力证据,证明二氧化碳排放会严重减缓珊瑚礁生长,除非我们迅速大幅减少温室气体排放。”
海洋生态自身
具有强大的净化能力
不过,情况并非完全像我们看到的那么糟糕,海洋生态也在运用自身强大的净化能力对付二氧化碳带来的不利影响。
澳大利亚南极司在2013年的一项研究发现,鲸鱼的粪便对于海洋来说堪称纯天然的肥料,可以帮助南大洋海水吸收更多的二氧化碳,从而对改善海洋气候和全球变暖等情况起到促进作用。
该研究表明,鲸鱼的粪便富含铁元素,能帮助海洋生态系统向深海传输更多的二氧化碳。南极司科学家史蒂夫·尼克说:“深海植物非常喜欢鲸鱼的粪便这种天然肥料,这些排泄物使得它们吸收了比一般来说更多的二氧化碳。”最近的实验发现,加入可溶性铁有利于促进浮游植物藻类大量繁殖。
海水表层水域的藻类富含铁元素,而磷虾吃海藻,鲸鱼吃磷虾,这样鲸鱼的粪便中就富含了铁元素。更多的须鲸和磷虾将增强整个南大洋生态系统的生产力,促进其吸收更多的二氧化碳——这种使全球变暖的“罪魁祸首”。
据尼克博士介绍:“我们认为鲸鱼粪便内含有的铁元素含量要比海水本身高1000万倍以上,而海藻、磷虾和鲸鱼的这套互动生态系统是一个可以自我维持自我循环的自然系统”。
尼克博士表示,开始着手研究鲸鱼粪便的想法,源自一次科学家们在澳大利亚塔斯马尼亚岛酒吧里的休闲聚会。目前还不知道需要有多少鲸鱼的粪便才能给南大洋带来实质性的重大影响。
英国纽卡斯尔大学研究人员指出,海胆吸收二氧化碳的天然能力可成为一个高效碳捕集与封存系统的典范。该大学的科学家们偶然发现,海胆可利用金属镍将二氧化碳转化成海胆壳。他们认为海胆的这一作用可用于将发电厂的排放废气转化成无害的碳酸钙。该研究成果已经发表于2013年3月的《催化科学与技术》杂志上。
许多品种的海洋生物可将海水中的二氧化碳转化成碳酸钙。像蛤蜊、牡蛎和珊瑚等物种利用碳酸钙形成它们的壳体和其他骨类部分。当研究人员在检查幼海胆的时候发现,在海胆的外部骨骼中存在高浓度的镍。针对这些极其细微的镍颗粒,当研究人员将它们添加到二氧化碳水溶液中时发现,镍可将二氧化碳完全去除。
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