扫荡海底

在南极洲沿海的海湾中，巨大的浮冰架从海岸线向外延伸数十甚至数百英里。这些冰架下方隐藏着受庇护的水域，直到最近才几乎完全未被探索。现在，这种情况正在改变。

2002年，拉森冰架的一块1,250平方英里大的冰块在几周内解体。这一事件成为全球变暖的象征，但也带来了突如其来的机会。今年一月，德国研究船“极星号”停泊在拉森冰架崩塌的地方，船上的研究人员对地球上最难以进入的生态系统之一进行了首次详细的生物学调查。

这次考察是为期10年的“海洋生物普查”研究项目的一部分，该项目是一个由来自80个国家的2000多名研究人员组成的松散合作组织，他们正在组织数十次探险，前往地球的各个角落。他们的动力来自于令人谦卑的认识，即我们对整个海底生命的了解，仅仅比我们对南极冰架下生命的了解略微清晰一点：即使水域没有被冰覆盖，其巨大的体积——更不用说看清和穿越其中的难度——意味着它几乎全是未知水域（aqua incognita）。海洋包含3.2亿立方英里的水，覆盖了1.4亿平方英里的海床，是所有大陆面积总和的两倍多，而我们只看过其中一小部分。“如果你问，‘大西洋中部有什么生物？’没有人知道，”洛克菲勒大学和阿尔弗雷德·P·斯隆基金会（该基金会启动了价值6.5亿美元的海洋生物普查项目）的环境研究员杰西·奥苏贝尔（Jesse Ausubel）说。

到2010年，这次普查旨在对这个问题提供迄今为止最好的答案。人们不应将其想象成一支船队以规则的网格状在大洋中穿梭，清点每一条鱼、每一只螃蟹和每一条蠕虫——即使6.5亿美元也买不到这种普查。相反，这次普查由17个独立的子项目组成，每一个都是对一个巨大但界限明确的未知领域的组织严密的突袭。有沿海水域普查、深海平原普查、珊瑚礁普查和海底山脉普查。还有微生物普查、大小漂浮动物（浮游动物）普查，以及金枪鱼和蓝鲸等大型游泳动物普查。

海洋可能栖息着数百万种生物，但目前只有23万种被命名。当普查完成后，这个名单上将新增数千种。尽管绝大多数仍将是无名之辈，但我们将对它们的数量、栖息地和主要类群的丰度有更清晰的认识。

一艘艘船，一次次航行，海洋科学家们将品尝到2007年1月德国不来梅港阿尔弗雷德·韦格纳研究所的朱利安·古特（Julian Gutt）所感受到的乐趣，当时他坐在“极星号”上，观看机器人从船上垂下传输的海底视频图像：那种看到前所未见之物的喜悦。在这种情况下，研究人员并没有期望发现太多活物。在海底，食物稀缺，温度仅高于冰点，生物往往生长和移动缓慢。此外，拉森海底的大部分区域很可能已被坍塌冰架上的冰山冲刷过。“我当时祈祷那里能有任何动物，”古特说。

事实上，古特看到了一个充满活力的景象：数百个海鞘，这种动物——深海的典型特征——其类比总是显得牵强。它们像胶状郁金香，但碰巧是脊索动物，与我们有着遥远的亲缘关系。古特和他的同事们还看到了成群的海参——想象一下蛞蝓般的水气球成群结队地爬过海底。他认为，海鞘是最近从开阔水域迁徙而来的殖民者，而海参则可能是拉森冰架崩塌前原始生态系统的遗留物。古特不知道这些生物为何能在其他生物无法生存的严酷条件下繁衍生息。

尽管海洋深不可测，但它却是一台相当简单的机器。阳光从顶部射入。营养物质，主要是氮和磷，由河流从陆地带入，并通过上升流从海底泥中搅动起来。

漂浮的单细胞植物，即浮游植物，利用阳光和营养物质与二氧化碳结合，制造有机物质。这些单细胞植物被浮游动物吃掉，浮游动物又被更大的生物吃掉，如此循环，直到我们熟悉的金枪鱼、护士鲨和灰鲸。在所有这些生物中，水里漂浮着无数细菌——每升水可能含有约十亿个细胞。这些细菌降解死去的浮游生物和鱼类排泄物，将碳、氮、磷和其他元素循环回水中。普查科学家估计，海洋中1450亿吨的生命中，超过90%由微生物组成，无论是浮游植物还是细菌。

一些死去的物质躲过了降解微生物，沉入海洋更深、更暗的层次。在下沉的过程中，它滋养着另一群动物——一些鱼类，还有大量黏糊糊的胶状生物，被少数科学家朋友称为水母。真正的水母（medusae）只是其中一种。它们之所以为人熟知，是因为它们经常冒险进入人类嬉戏的浅水区。还有栉水母（ctenophores），它们有八排微小的波纹状桨；通过喷射推进游泳的圆柱形海鞘；以及通过张开巨大的黏液网捕食的漂浮蜗牛。

许多这些动物能像萤火虫一样发光——是为了吓跑捕食者还是吸引配偶尚不完全清楚。乘坐潜水器从阳光普照的海面下降到深渊深不见底的黑暗中，可以看到这些生物发光的闪烁，就像黑暗音乐厅里的闪光灯。

然后就是海底。海底并非单一之处；其地形与陆地一样多样。一道崎岖的火山山脉——洋中脊，贯穿大西洋中部，环绕非洲进入印度洋，介于澳大利亚和南极洲之间，横跨南太平洋，然后沿着东太平洋向上延伸至加利福尼亚，在那里它变成了圣安德烈亚斯断层。洋中脊比周围的深海平原高出15000英尺。那些丘陵状的平原不时被水下山脉——海山——打断。在海洋边缘的某些地方，特别是环太平洋地区，海底骤然下降形成深海海沟。最极端的例子是菲律宾附近的马里亚纳海沟，深达近七英里，比珠穆朗玛峰还要高得多。1960年，瑞士探险家雅克·皮卡德和美国海军中尉唐·沃尔什乘坐原始潜水器“的里雅斯特号”降落在其底部，并透过他们的小舷窗向外看了几分钟。他们看到一条鱼，或者可能是一只海参。海洋中无处不在，每一片土地上，每一盎司水里都有生命。

深海海底一片漆黑——阳光在3000英尺深处完全熄灭——因此那里没有植物。那里的生命由来自表层水的间歇性死亡有机物质降雨维系。在像北大西洋这样的地方，春季浮游生物茂盛生长，海洋学家在海底一两英里深处发现了成片的绿色物质。海参是深海中最常见的动物之一，它们在这些物质中爬行并将其吸食干净。当鱼尸沉入海底时，每一点肉和骨头都被像鳗鱼一样的盲鳗、海星和成群的微小甲壳类动物（称为片脚类动物）慢慢清除。即使食物不那么丰富，海底也并非没有生命；到处都有环节动物、线虫和像等足类动物一样的生物搅动着。海底的生命可能稀疏，但却无处不在。每一粒泥土至少都要经过蠕虫肠道数次。

一百多年来，自1870年代英国“挑战者号”环球考察使深海研究真正启动以来，生物学家认为这就是全部。直到1977年，两位地球化学家——杰克·科利斯和约翰·埃德蒙，乘坐“阿尔文号”潜水器——在海底发现了第一个热液喷口，或称火山热泉。他们在喷口周围看到了令人震惊的景象。在那里，在加拉帕戈斯群岛附近的洋中脊上，聚集着巨大的蛤蜊、贻贝和六英尺长的管状蠕虫，它们锚定在海底，直立着。管子洁白如象牙，尖端有鲜红色的羽状物，当潜水器靠近时就会收缩。这些物种以前从未被记录过。

科学家估计，海底生活着多达1000万种动物。如果真是这样，深海的多样性就与热带雨林一样丰富。

加拉帕戈斯裂谷的奇异生物群原来是一个全新的生态系统类型。它们食物链的基础不是捕捉太阳能量的植物，而是捕捉火山能量的化学合成细菌。类似的深海热液喷口群落最终在洋中脊的数十个其他地点被发现。包括一些以前从未认真考虑过深海的生物学家，都怀着极大的兴趣和释然的心情潜入这些群落。说服公众和资助机构这些奇异生物值得研究并不费劲，因此，以前遥不可及的资金突然变得触手可及。但在随后的热潮中，人们很容易忘记，外面仍然存在着一个广阔、寒冷、未知的海洋。

弗雷德·格拉斯勒从未忘记。他是最早亲眼看到加拉帕戈斯温泉的科学家之一。作为新泽西州罗格斯大学的生物学家，他专门研究多毛类动物——像毛毛虫一样的小生物，也称为刚毛虫——他发现自己正透过“阿尔文号”的舷窗，凝视着几乎和他一样高的管虫。他和其他人一样感到惊讶，但他很快又回到了研究海洋其他部分的更大问题上。在1980年代，他与马萨诸塞州巴特尔海洋科学中心的同事南希·马西奥莱克使用一种简单的设备——箱式取样器——收集了面积为一平方英尺、未受干扰的海底泥样本。根据他们每次将设备降到新泽西海岸外7000英尺深的大陆坡上时发现的新物种数量，格拉斯勒和马西奥莱克估计，海底生活着多达1000万种动物。如果真是这样，深海的多样性就与热带雨林一样丰富。

格拉斯勒努力让人们对他的工作感到兴奋。他运气不佳，直到他去见了杰西·奥苏贝尔，奥苏贝尔自称是环境科学家和系统分析师，但他真正的才能是宏观视野，他是一个组织者，一个天生的乐观主义者。在他的职业生涯早期，他开始研究环境问题。“我将从事这项工作40年，”他决定，“我不想只是到处说‘可怕的事情可能会发生’。”

格拉斯勒在与奥苏贝尔见面时告诉他，可怕的事情确实正在海洋中发生。那是1996年7月2日，他们大部分时间都在马萨诸塞州伍兹霍尔度过，格拉斯勒曾在那里的海洋研究所工作，奥苏贝尔在那里有一个夏季办公室。向东一百英里，在乔治滩，鳕鱼种群最近已经崩溃，纽芬兰大浅滩上的更大种群也崩溃了；监管机构被迫关闭了这两个富饶而历史悠久的渔场。格拉斯勒告诉奥苏贝尔，我们对我们所依赖的海洋物种的了解微乎其微。另一方面，我们对海洋其他部分的了解程度，则是天文数字。

奥苏贝尔将其视为一个挑战。斯隆基金会最近赞助了一项数字天空调查——对恒星进行的系统性普查。奥苏贝尔问，格拉斯勒觉得对鱼类进行普查怎么样？格拉斯勒认为这是一个绝妙的主意，只要它不被导向严格的功利主义——对海产品进行普查——并且只要它包括海洋中所有其他生物，包括模糊但具有生物学重要性的生物，如多毛类动物。海洋生物普查于2000年诞生。“它名副其实，”奥苏贝尔说。“如果你拿起任何一本教科书，没有一本能告诉你海洋中生活着什么。从微生物到哺乳动物，从近岸到公海，从海底到海面——那里生活着什么。这是一个非常简单的想法。”

了解那里有什么生物，不仅仅意味着发现新物种；它还意味着追踪我们已知的物种，以查明它们的去向。即使是高度可见的海洋动物，也过着隐秘的生活，远离海岸或水下，或者两者兼有。斯坦福大学生物学家芭芭拉·布洛克和她在“太平洋远洋生物标记项目”普查项目中的同事们正在使用微芯片和卫星发射器来揭示这些秘密。迄今为止，研究人员已标记了属于23个物种的2400只动物。一些标签会在预设时间浮出水面，像一枚信号弹，并通过卫星将动物的位置无线电传回团队。其他动物——鲨鱼、象海豹、鲸鱼、棱皮龟——则配备了每次浮出水面时都会打电话回家的标签。追踪项目的网站包含一张这些动物活动轨迹的地图，那是一张每天更新的彩色线条交织而成的网。

这些地图揭示了惊人的迁徙。在地中海出生的蓝鳍金枪鱼会横渡大西洋，在北美洲东海岸上下觅食数年，与在墨西哥湾出生的蓝鳍金枪鱼混杂在一起。而太平洋的蓝鳍金枪鱼，则在加利福尼亚海岸觅食数年，然后横渡大洋前往日本附近的繁殖地——在那里，一条金枪鱼在东京市场上可以卖到175,000美元。而曾经被认为大部分时间都在加利福尼亚海岸捕食海豹和冲浪者的大白鲨，实际上会在冬季向西游，进入公海。几个月里，这些鲨鱼会在夏威夷附近的一片海洋中逗留，那里食物稀少，也没有其他明显的吸引力。“我的学生称之为‘大白鲨咖啡馆’，”布洛克说。

但海洋的大部分多样性可能并非隐藏着；它无处不在地蓬勃发展，只是因为其微小而未被发现。这就是为什么伍兹霍尔海洋生物实验室的米切尔·索金正在指导海洋微生物普查。他解释说，过去在海洋中寻找微生物生命的方法是，通过在实验室培养皿中培养，来分离单个物种。生物学家通过这种方式已经识别了大约5000个物种。但在过去15年左右，研究人员开始意识到，这5000个物种只是少数在实验室中易于存活的顽强物种。

一种较新、选择性较低的探测海洋微观多样性的方法是分离单个基因，而非单个微生物。研究人员使用核糖体RNA（rRNA）基因的一小段——每个物种中都不同的基因——来获取一升海水中存在的所有rRNA基因。然后他们测定尽可能多的这些基因序列，其数量取决于他们的资助资金——通常约为一千个，来自一千个细菌细胞——并利用这些信息来估算样本中存在多少种不同的细菌。

索金现在正在强化这种方法。通过使用更快的测序仪，并只针对 rRNA 基因中一个高度可变的部分，他和他的团队可以从一升水中测序20万个 DNA 片段。因此，他们发现的多样性数量飙升。在北大西洋深海的一个样本中，他们发现了超过6万种细菌。

索金说，一个有趣的发现是，在他迄今研究的每个样本中，总是有少数几种微生物占主导地位，但也有数千种更为稀有的微生物。此外，在每个站点——甚至在同一站点的不同深度——都存在一套不同的稀有微生物。大量稀有微生物物种的存在表明它们在海洋生态系统中扮演着重要角色。索金认为这些稀有物种可能充当基因档案，作为应对环境灾难的“万无一失”的保障。

他解释说，经过数百万年，地球经历了反复的环境灾难。“全球变暖、小行星撞击，或者其他任何灾难——这些事件都威胁着微生物的生存。这可能就是它们应对的方式，”索金说。如果水中有成千上万种稀有微生物漂浮着，它们都拥有不同的基因和相应的不同能力，那么总会有一些能适应新环境的微生物。优势物种可能变得稀有，稀有物种可能变得优势，但整个界群将持续存在，尽管物种构成会发生变化，这反过来又会改变决定海洋基本生命化学的元素循环。

如果真是这样，看不见且鲜为人知的海洋微生物世界可能以我们无法预见的方式影响我们的世界。随着海洋变暖，并因我们的二氧化碳排放而变得更具酸性，我们可能会再次改变海洋中的微生物平衡。“酸度的微小变化可能产生剧烈影响，并可能导致气候变化的连锁反应，”索金说。

海洋的极深区域与极小区域一样难以捉摸——稀有物种似乎也是那里的常态。远离海底山和洋中脊的岩石坡，海底处处寒冷泥泞，因此科学家们长期以来都认为那里的动物群在全世界范围内都大致相同。这种“世界性”动物确实存在：有些有孔虫（带壳的单细胞生物）物种生活在相隔数千英里的北极和南极泥浆中。

但汉堡大学的安吉丽卡·勃兰特乘坐“极星号”对南极洲进行了一系列考察，她发现了不同种类的生物。她专注于深海海底，远远超出了她的同胞朱利安·古特的目标——冰架和大陆架。她的专长是等足类动物，一种在海洋最深处繁衍生息的分节甲壳类动物。在南大洋的40个站点，她用拖网在超过三英亩的泥土中拖曳，发现了674种等足类动物。其中500多种是科学界的新发现。

“真是令人惊叹，”勃兰特说。“多样性真的很高。”多样性的模式让人联想到索金在他细菌研究中看到的模式。“我们只有少数几个物种占主导地位——而许多物种非常非常稀有。超过50%的物种只在一个站点被发现，”她说。在许多情况下，只有一个标本，这引发了一个问题：这些可怜的孤立生物如何找到伴侣。

尽管范围广阔，但即使是普查也无法描述在深海泥土中蠕动的每一种等足类动物或多毛类动物。但它至少会汇编已知的、已命名的海洋生物物种的大部分信息，并估计它们的地理分布范围。它还将估算大型分类群（如甲壳类动物）的丰度（以吨计）。最后，它将尝试说明在过度捕捞和污染之前海洋中曾生活着什么，以及在受到我们如此严重影响的情况下，现在海洋中可能还剩下什么。去年的一项普查研究预测，如果目前的趋势持续下去，到2050年，所有商业捕捞的鱼类物种都将像鳕鱼一样走向崩溃。

目前，我们对海洋的影响远远超出了我们对它的了解。奥苏贝尔说，普查的任务之一就是努力纠正这种不平衡。我们可以通过摘下我们的眼罩来学到很多东西，很多东西之所以“看不见”仅仅是因为我们没有去观察。也许像热液喷口一样奇特而新颖的东西会在某个尚未探索的地方出现。

“没有人曾看过南极洲深海，”布兰特说。“没有人去那里说，‘看，这里有这个。’我们试图推测那里可能有什么。这是一个巨大的区域，几乎是未知的。”