1492年9月17日。船员们焦躁不安，他们94英尺长的卡拉维尔帆船“尼娜号”在陌生的水域中风平浪静，无法航行。克里斯托弗·哥伦布，可能是第一个描述这个地方的人，在他的日志中写道，水手们“看到了很多海藻，而且经常看到，那是来自岩石的植被，它来自西方；他们判断自己离陆地很近。”但是船员们探测不到海底；他们离岸很远。我们现在知道这种海藻是马尾藻。它几乎一生都在马尾藻海中度过。
一周后，尼娜号、平塔号和圣玛利亚号仍然漫无目的地漂流着。哥伦布写道：“由于大海一直风平浪静，水手们抱怨说，既然那个地区没有汹涌的海浪，就永远不会有风让船返回西班牙。但后来海浪汹涌而起，却没有风，这让他们大吃一惊……”
阳光透过金色的马尾藻叶片倾泻而下，这种褐藻赋予了马尾藻海它的名字。“这是一种神秘的海藻，”百慕大生物研究站的资深科学家弗雷德·利普舒尔茨说。
这些都是经验丰富的水手，不容易感到惊讶，他们试图适应一片与众不同的海洋——清澈平静，带着一种诡异的美感，却空旷而死寂。捕鱼几乎没有收获；唯一的生命似乎是海龟，偶尔出现鲸鱼，以及马尾藻海藻本身。他们开始将其视为一片沙漠。事实上，这片海除了单细胞硅藻和微小甲藻之外，几乎没有其他生命。它的水域肥沃度不到沿海水域的三分之一。这片200万平方英里的杜松子酒般清澈的水体，蓝得令人心惊，深达半英里，漂浮在更冷、更深的大西洋中部。水面上漂浮着巨大的金色马尾藻垫——这个名字来源于葡萄牙语，意指小葡萄，指的是那些微小的充满空气的囊状物，它们使这种褐藻浮在水面。
几个世纪以来，马尾藻海的奥秘一直困扰着神话创造者和科学家。它的遥远、它那不真实的蓝色、它缓慢移动的空气和水，以及它常常厚密的海藻床，催生了各种传说：一个海藻本身会用其长满藤壶的触手缠住船只，紧紧抓住，直到只剩下一艘腐烂的船骸和一群骷髅船员的地方。世纪之交的画作描绘了蒸汽货轮、古罗马三列桨船、西班牙大帆船和飞剪船被困在海中，全部被马尾藻缠绕覆盖。直到最近几十年，这片奇异的水域才将其神话让位于实际研究。
来自世界各地的海洋学家、生物化学家、气象学家和其他科学家定期前往百慕大生物研究站，研究马尾藻海的广阔性和微观细节。百慕大岛位于马尾藻海西北象限的一个珊瑚覆盖的火山海山顶上，距哈特拉斯角约650英里，是开展马尾藻海调查的理想基地。科研船“信天翁二号”载满了科学家、技术人员及其设备，至少每两周从研究站出发，向东南方向航行出海。研究人员在那里发现，这片长期以来被认为是死区的区域充满了生命，是许多生物的避风港，从海龟到鳗鱼。它与其说是沙漠，不如说是雨林，而且，像内陆雨林一样，它可能蕴藏着对抗人类疾病的宝贵生化密钥。
仅仅几十年前，一名穿越马尾藻海的水手会经过巨大的浮动马尾藻风带，有时从地平线到地平线都能看到。但在过去的十几年里，它却出奇地稀少。科学家们认为这种消失是海藻生命周期的一部分。它以前也曾衰落，但总会回来。果然，两年前，它又开始茂盛起来。很少有研究人员研究它为何兴衰——也许是因为在如此长的时间和空间范围内设计实验很困难。“它的丰度波动剧烈，我们不知道为什么，”百慕大研究站的高级科学家兼学术事务主管弗雷德·利普舒尔茨说。
每年，大约有20只生病或搁浅的海龟被送往百慕大水族馆进行休息和康复，然后被送回马尾藻海。绿海龟，像上图中的水族馆居民一样，可以长到三英尺多长，体重超过300磅。
自1939年耶鲁大学海洋学家阿尔伯特·帕尔完成对马尾藻海的一项里程碑式研究以来，科学家们一直认为海藻是在海中自行生长。但佛罗里达州哈伯布兰奇海洋学研究所的藻类生理学家布莱恩·拉普安特认为，海中发现的两种几乎相同的物种——浮生马尾藻（Sargassum natans）和漂浮马尾藻（S. fluitans）——是从近岸岩石上的相似物种进化而来的。他已经证明，大部分马尾藻的生长发生在沿海水域。“我认为它们是从一种被撕裂并生长的附着物种进化而来的，”拉普安特说。他发现“这种海藻在温暖、富含营养的沿海水域与较冷的海水交汇的区域变得丰富。那里有很多海藻，也有很多鱼类会排出氨和磷酸盐等营养物质。鱼类是关键，它们是共生的：它们帮助提供营养，而马尾藻则提供栖息地。它的大部分生长都发生在近岸地区。”
马尾藻及其近亲漂浮在世界各地，并融入了许多地方文化。例如，亚洲人将与马尾藻相似的海藻用于传统医学——最近的研究表明，这种做法不仅仅是古老的习惯。在美国，国家癌症研究所（National Cancer Institute）在寻找抗癌和抗艾滋病特性时，检查了数千种植物提取物，在许多海藻中发现了多糖鞣质，这些鞣质因其刺激免疫系统的能力而备受期待。在日本岐阜的岐阜大学，其他研究人员从细叶马尾藻（S. thunbergii）中提取了多糖。其中两种表现出抗肿瘤活性，主要是通过增强免疫功能。美国的田间实验表明，由马尾藻制成的饲料补充剂可以提高农场养猪的免疫反应。科学家们才刚刚开始了解马尾藻的潜力，尽管研究尚未产生实际的癌症疗法，但他们仍然抱有希望。正如拉普安特所说，“这种高度进化的植物中蕴含着大量的生物化学物质。”
马尾藻也可能对工业废物处理有用。“我们发现马尾藻是目前为止吸附重金属的最佳天然吸附剂，”蒙特利尔麦吉尔大学的化学工程师波胡米尔·沃莱斯基说。“它起到天然离子交换剂的作用，其死生物质可以积累大量原本有毒的重金属：铅、镉、铜、铬、锌、铀等等。”沃莱斯基已经破解了这种积累的机制。马尾藻含有钙离子。当溶液中的重金属流过它时，有毒金属离子会将钙离子排出，并留在原地。当海藻被金属饱和后，可以用弱酸清洗并重复使用多达80次。高度浓缩的提取物应富含宝贵金属。沃莱斯基称这种过程为电解回收。
分子生物学家汉克·特拉皮多-罗森塔尔说，世界上至少有99%的微生物从未被培养或编目。然而，从另外的1%中，人类已经驯化了“大量具有巨大医疗和经济价值的化合物”，如青霉素。这留下了一个未开发的、潜力巨大的遗传多样性宝库，特拉皮多-罗森塔尔和他的同事生物技术专家桑德拉·齐尔克正在马尾藻海中寻找可能在医药或工业中有用的生物活性分子。他们选择马尾藻海作为采集点，“不是因为它微生物特别多，”特拉皮多-罗森塔尔说，“而是因为它被研究得是世界上最好的海洋。我们对这里的微生物了解得比其他地方都多。”为了寻找微生物，齐尔克收集海水、珊瑚、土壤，最重要的是，收集海绵进行DNA分析。她需要处理200夸脱的海水才能获得足够的DNA进行测量，但一个海绵“每小时过滤10,000夸脱，所有这些细菌都会沉淀在其中。”
一张放大图像揭示了使马尾藻漂浮的气囊。那些羽毛状的附着物是水螅虫，它们是附着在海藻上的微小海洋动物。
他们的早期搜索结果令人鼓舞。两年前，特拉皮多-罗森塔尔和齐尔克与一家德国公司合作，发现了一种能降低血液中纤维蛋白原的化合物，纤维蛋白原是一种凝血因子，对手术中预防出血至关重要，但术后也可能导致危险的血栓。他们还发现了一种胰岛素敏感剂，可能对治疗糖尿病有用。齐尔克说，这项工作仍处于初级阶段：“我们对这些生物了解不多。你会看到一块岩石上覆盖着海绵，上面没有其他生物，这让你认为它们会吞噬某种对周围环境具有抗生素作用的物质。鱼类不吃它，所以它会产生某种物质进行保护。但你不知道它是由海绵产生的，还是由生活在海绵上的微生物产生的，或者它们是相互作用的。从海洋生物中提取东西非常棘手，但一旦我们找到窍门，那将是令人兴奋的。”
由该站微生物观测站的微生物生态学家克雷格·卡尔森和雷切尔·帕森斯进行的相关研究，正在测量开放海洋中细菌（以及最近，病毒）的数量。帕森斯指出，目前发现的病毒都没有对人类致病的，他说：“如果那里有什么危险的东西，那会很好知道。”研究人员开始了解病毒在海洋食物链结构和碳循环中扮演的关键角色。帕森斯说：“假设发生藻华。你也会有细菌华和病毒华。它们可以帮助缓解赤潮的威胁。”马尾藻海的营养水平非常低，在水体顶部几码范围内，病毒水平只有切萨皮克湾的二十分之一。但病毒的存在进一步证明马尾藻海远不止是一片沙漠。
欧洲鳗鱼（Anguilla anguilla）长期以来以其美味和自然历史的奇特之处而为热爱海鲜的大陆人所熟知。自20世纪20年代以来，科学家们一直认为，在马尾藻海出生的大西洋鳗鱼成年后会返回那里，并在一次大规模的、不加区分的狂欢中产卵，而不顾其伴侣的家园。基因数据似乎支持了这一观点，因为它没有显示出不同地区鳗鱼种群之间存在显著差异——鳗鱼就是鳗鱼。
“信天翁二号”科考船在马尾藻海蔚蓝的海水中起锚。水体中藻类和其他悬浮颗粒越少，海水就会显得越蓝。
随着DNA科学的进步，更敏感的分析表明，不加区分的是科学本身，而不是鳗鱼。研究人员发现，鳗鱼在马尾藻海出生，然后乘坐墨西哥湾暖流穿越大西洋到达欧洲沿海水域，在那里生长两年。然后它们逆流而上——可能是它们父母曾经居住的同一条河流——并在那里生活10到15年，之后迁徙回大西洋，再游到马尾藻海产卵并死亡。去年，魁北克拉瓦尔大学的生物学家蒂埃里·维尔特和路易斯·贝纳切对611条鳗鱼进行了精细的DNA测试，他们发现鳗形目鱼更有可能与来自同一地理区域的鳗鱼交配。
它们是如何辨认彼此的呢？也许它们根本没有。维尔特和贝纳切得出结论，时间可能是最好的解释。不同的鳗鱼种群似乎有不同的遗传时钟，在不同的时间触发迁徙。如果真是这样，来自同一条河流的鳗鱼会在同一时间返回马尾藻海。因此，到了繁殖的时候，它们会与来自同一地区的鳗鱼交配。但就像许多旧问题的答案一样，这个问题反而加深了谜团。年轻的鳗鱼是如何从马尾藻海的荒野找到通往它们父母的故乡水域的道路的呢？那个地方它们从未去过。
开放海洋中的生物一直遥远，难以研究，甚至难以想象。现在，有些生物在被研究之前就已消失：马尾藻海的七种海龟都面临风险。哥伦布在1503年的第四次航行中，惊讶地发现它们覆盖了开曼群岛的海滩，在那里它们筑巢产卵。今天，科学家估计那里的海龟种群仅存约6%。
红海龟，是研究最多、最广为人知的海龟，它们在从卡罗来纳到加勒比海的海滩上筑巢。它们的卵在7月到10月之间孵化，孵化出的幼龟爬入海中。那些勇敢幸运的幼龟躲过了饥饿的螃蟹和海鸟，然后消失不见，直到它们回到同样的海滩产卵才再次出现。
海龟专家阿奇·卡尔将这段空白期称为海龟的“迷失之年”，并在1987年，也就是他去世前不久，推测海龟在此期间生活在马尾藻海。在过去十年中，佛罗里达大学阿奇·卡尔海龟研究中心的动物学家兼主任凯伦·比约恩达尔证明了卡尔的核心论点，但发现一年时间不足够。通过DNA追踪，她的团队发现了幼龟离开筑巢海滩后的去向。来自不同海滩的红海龟显示出独特的线粒体DNA模式，就像来自不同欧洲河流的鳗鱼一样。比约恩达尔和她的同事海洋生态学家艾伦·博尔顿能够证明，那些微小的、银元大小的幼龟从它们的家乡海滩迁徙数千英里，到达大西洋和地中海的觅食地，在那里它们不仅待一年，而是长达11年，以水母、蜗牛、螃蟹和虾为食。他们的DNA证据证明，东大西洋捕捞箭鱼的商业延绳渔船经常捕获在美国水域出生并受《濒危物种法案》保护的海龟。博尔顿正在努力帮助渔民改进捕捞方法，以减少缠住海龟的情况。
马尾藻为马尾藻海中的动物生命提供庇护和食物，如幼鱼、海龟、虾和蟹。反过来，这些动物的排泄物又滋养了马尾藻。
詹妮弗·格雷，百慕大水族馆、博物馆和动物园的首席水族师兼海龟项目协调员，已经标记并追踪了2500只绿海龟。她说：“马尾藻海非常重要，对于这些需要50年才能成熟的幼年动物来说，它是一个至关重要的发育栖息地。显然，它们与马尾藻有着密切的联系。马尾藻是它们的早餐、午餐、晚餐和家。”她担心“任何对马尾藻的威胁都会对海龟种群构成威胁。”尽管如此，她认为它们在马尾藻海可能比在其他任何地方都更安全。格雷说：“当它们幼小脆弱时，海龟会离开营养丰富的区域，因为捕食者就在那里。它们在马尾藻海寻求庇护。然后（多年后）发生了一些事情。是时候回到沿海环境了——也许它们达到了某个关键大小，需要更多的食物。”
一旦它们离开马尾藻海，它们就会面临更大的危险，受到人类的攻击。格雷和她的同事自1968年以来监测的2500只绿海龟中，有50个标记在表明至少有48只海龟因食物被杀的情况下被返还。
在百慕大以南70英里的“信天翁二号”科考船上，一台绞车将样本采集瓶放入水中。当电缆解开深入深蓝色大海以记录温度、盐度和其他数据时，它们在数百英尺深处清晰可见。在甲板上，一名水手弯下腰，从海中捞起一团手掌大小的马尾藻。一位访客将其带到厨房下方进行研究。它带有一股咸味，呈有光泽的卡其色，结构由像狭窄草叶一样的叶片组成，上面装饰着直径仅八分之一英寸的微小籽状气囊。更小的白色藤壶生长在叶片上。这里充满生机。
当访客将金色的海藻抖在一张白色纸盘上时，一只小螃蟹掉了出来，宽约八分之三英寸。它也是卡其色的，背上有两个白点，像好奇地向上看的眼睛。螃蟹小跑了几步，然后不动了。“我们看到了令人惊奇的事情，”研究站主任托尼·纳普用探索者特有的热情语气说道，“但我们对马尾藻海仍然知之甚少。”
海洋中的一片海
马尾藻海是一个200万平方英里、深达半英里的椭圆形水体，位于大西洋较冷的区域。它由顺时针旋转的环流所定义和包围：西侧是墨西哥湾流，北侧是北大西洋洋流，东侧是加那利洋流，南侧是北赤道洋流。在过去的47年里，研究人员定期访问马尾藻海，为现今世界上持续维护时间最长的海洋数据库收集数据——不仅研究洋流的行为，还研究海水的温度、电导率、深度和盐度，以及海洋本身。
迈克尔·洛马斯是一位浮游植物生态学家，负责这项计划。他表示，如今，他们正在利用这些信息来了解海洋在全球变暖中的作用。碳是关键，因为燃烧化石燃料释放的二氧化碳是一种重要的全球变暖气体，它会捕获阳光并使大气过热。树木和灌木消耗了大部分碳，而海洋中的光合植物——生活在阳光照射下的水面或附近区域的浮游植物——则捕获了剩余的大部分碳。它们固定碳，将其从循环中移除。当植物死亡时，它们会随着碳沉降到海底。随着工业化导致二氧化碳水平的升高，陆地和海洋中的植物都无法吸收所有的碳。结果，过去40年里空气中的二氧化碳含量迅速增加；马尾藻海的研究数据显示，海洋中的二氧化碳水平也正在上升，大约是大气上升速率的三分之一。洛马斯说，海洋是“一个长期的碳汇。如果没有碳汇——如果我们不保护海洋——它就会变得更热。”——J. M.
马尾藻为马尾藻海中的动物生命提供庇护和食物，如幼鱼、海龟、虾和蟹。反过来，这些动物的排泄物又滋养了马尾藻。插图：马特·赞格插图信息由罗德·约翰逊/百慕大生物研究站提供
马尾藻防晒霜
从黎明到黄昏，太阳将能量倾泻入海，是马尾藻海的生命之源——但它也能以导致黑色素瘤的辐射形式成为人类的死亡之源。现在研究人员发现，对这种癌症的防护可能正静静地漂浮在那片海中。水螅是与海葵相关的微小生物，它们附着在马尾藻上生活，而锉鱼喜欢吃它们——除了一种名为长角三叉水螅（Tridentata marginata）的物种，它会制造一类有臭味、难尝的化合物，作为对抗这些和其他捕食者的理想化学防御。
北卡罗来纳大学教堂山分校的海洋生态学家尼尔斯·林德奎斯特、马克·海和研究生约翰·斯塔霍维奇在研究马尾藻海的捕食者-猎物关系时发现了这些化合物。用于分离化合物的仪器记录显示，它们吸收了紫外线A和紫外线B辐射。研究团队意外地发现的不仅是一种驱食剂，还是一种保护水螅免受阳光持续轰击的天然屏障。市场上大多数防晒产品都能保护人类免受UV-B射线的伤害，但对被认为会增加黑色素瘤风险的UV-A射线只能提供部分保护。——J. M.
