在极地“暮光之城”,这些不寻常的海洋生物比星光更胜一筹

海洋的暮光区域是一个幽灵般的地方,在那里生物像磷虾和“狼人”浮游生物捕捉 - 并隐藏 - 只使用它们自己发出的光。 在大多数海域,该区域很深,在地表下方200至1000米处延伸。 但是新的研究发现,在挪威斯瓦尔巴德群岛附近的冬季水域,该区域在漫长的极夜期间向上移动,使这些生物中的一些靠近地表。 更重要的是,该区域的居民居住在不同的层次,其中一些居住在上层,另一些统治下层。 这些发现可能会导致对极地海洋生态系统的新认识,即使它们通过融化海冰而无休止地转变。

“这是极夜中水柱结构的新面貌,”在佛罗里达州皮尔斯堡海洋研究与保护协会研究生物发光的海洋学家和生物学家伊迪丝·威德说。 “[这]观察了开放海洋中最重要的组织原则之一的影响,包括轻型动物自己制造的光。”

极夜被认为是冬眠的一个时期。 太近4个月,太阳完全消失; 食物链底部的小动物被认为死亡或休眠。 但是这种想法在2007年发生了变化,当时海洋生态学家JørgenBerge使用的声纳设备发现了一个奇怪的信号:回声在白天可预测地下降并在夜间升起。 在温暖的海水中,类似的模式标志着数百万海洋生物在水柱上下的日常运动。 声纳回声意味着这种大规模迁移也发生在两极附近,引发 。 自2012年以来,挪威北极大学特罗姆瑟大学的伯格每年都会进行一次探险活动,研究从到与缺少太阳的时间。

在他们黑暗的旅程中,伯格和他的团队发现了意想不到的丰富的生物发光。 他们开始想知道这些生物自己的光线从几乎不存在的日光中占据了什么,以及这种光线如何影响捕食者与猎物之间的关系。 但要做到这一点,团队必须首先量化产生的光量 - 以及产生的光量。

科学家们开始通过净化各种生物,从磷虾到梳状果冻到桡足类,这些小型甲壳类动物构成了北极食物链的基础。 然后,他们使用一种特殊装置测量发射光:水下生物发光评估工具(UBAT),部分由纽约州特拉华大学(UD)的海洋生态学家Mark Moline团队设计。 就像一个迷你真空吸尘器,面包箱大小的黑盒子将水吸进室内并鞭打它,促使里面的生物点亮。

“它每1/60秒测量一次,所以你可以看到实际闪光的动力学,”莫林说。 “每个生物体在强度和持续时间方面发出不同的信号。 它几乎看起来像莫尔斯电码或心跳。“

在实验室中,科学家检查了17种物种,并为其中7种物种提供了不同的信号。 然后,在2014年和2015年的两个为期3周的巡航过程中,他们使用他们的钥匙以20米的增量将整个柱子映射到120米。 最后,他们计算了每个级别的总生物发光,并将其与应该从大气层达到该深度的光进行比较。 他们在本周的科学报告中报告说 ,生物发光的亮度在地表以下20到40米处 。 此外,甲藻,可以选择性地光合作用的微观生物,支配上部范围,而桡足类统治更深的领域。

“我们试图......突破谁在那里,他们在哪里以及他们生产多少光,”纸质作者和视觉生态学家Jonathan Cohen说道。 “我们把它与大气光和生物发光实际上发挥作用的地方放在一起。”

在极地“暮光之城”,这些不寻常的海洋生物比星光更胜一筹

特拉华大学的视觉生态学家Jonathan Cohen在开始测量大气光之前调整了他的测光表上的反射板。

兰德尔海曼

该团队的下一步是探索生物发光在捕食者 - 猎物动态中扮演的角色。 专门研究磷虾生物学的科恩已经在数学上模拟了一个敏锐的磷虾可以探测到掠食性鸟类潜入暮光区域的距离和深度,特别是如果那只鸟恰好尾随一排明亮的甲藻。 研究结果表明,来自其他生物的额外光线可以使磷虾免于成为不合时宜的零食。 但该研究还有其他后果。

“北极气候变化的主要影响之一是变薄的冰和不断变化的光气候,”科恩说。 海冰阻挡了日光,因此较少的冰冻海洋使海洋变得更加明亮,可能会为极地夜晚适应黑暗的动物带来问题。 “即使在黄昏时期改变大气光部分也会影响生物发光可以发挥的作用。”