孫曉霞：讓祖國(guó)的大海更加美麗

本刊記者 徐芳芳

孫曉霞：讓祖國(guó)的大海更加美麗

本刊記者 徐芳芳

大海不光有著豐富的魚蝦，還有數(shù)量極多的小型和微型生物資源，更好地研究這些生物，對(duì)我們未來的生活有著非常大的影響。通過對(duì)中國(guó)科學(xué)院海洋研究所研究員孫曉霞的采訪，讓我們走近了海洋的微觀世界。為了讓祖國(guó)的大海更美麗，她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，以忘我的工作精神，為我國(guó)的海洋浮游生物研究做出了突出貢獻(xiàn)。

青島為什么成了草原

美麗的海濱城市青島，著名的匯泉灣，面朝大海的一個(gè)大院，就是中國(guó)科學(xué)院海洋研究所，這就是孫曉霞工作的地方。談起為什么來到中科院工作，孫曉霞說，中科院海洋研究所是從事海洋科學(xué)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究、高新技術(shù)研發(fā)的綜合性海洋科研機(jī)構(gòu)，是中國(guó)科學(xué)院博士研究生重點(diǎn)培養(yǎng)基地。研究所面向國(guó)家需求和國(guó)際海洋科學(xué)前沿，開展了許多開創(chuàng)性和奠基性工作，直接推動(dòng)了我國(guó)海洋科學(xué)研究事業(yè)的發(fā)展。在這里工作是一種當(dāng)之無愧的榮耀。

孫曉霞選擇青島的另外一個(gè)原因，是因?yàn)橄矚g這里的海。孫曉霞出生在威海，在海邊長(zhǎng)大的孩子，對(duì)大海有著特殊的感情。所以，當(dāng)她考上中國(guó)海洋大學(xué)生命學(xué)院，來到青島這座濱海城市的時(shí)候，立刻喜歡上了這里。畢業(yè)后，出于對(duì)這座城市的愛，她又努力考取了中科院海洋研究所的研究生。在這里，她可以更加接近美麗的大海，也實(shí)現(xiàn)了天天與大海打交道的夢(mèng)想。

可是，不知是從什么時(shí)候開始，赤潮、滸苔、水母等成了人們關(guān)注的話題。孫曉霞生活多年的青島，也遇到了這個(gè)問題。近年來，由于全球氣候變化、人類活動(dòng)加劇等原因，造成海洋生態(tài)災(zāi)害頻頻爆發(fā)。特別是近兩年來，到青島去看草原成了網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)時(shí)髦的調(diào)侃，使人們更加感覺到面對(duì)海洋生態(tài)惡化的無奈。

頻繁爆發(fā)的海洋生態(tài)危機(jī)，把人們關(guān)注的目光吸引到了海洋浮游生物的身上。海洋里需要保護(hù)的，不光是像小山一樣巨大的座頭鯨，還有人們?nèi)庋劭床坏降母∮紊铩８∮紊锸呛Ｑ笊镦湹幕A(chǔ)，它的數(shù)量和種類的平衡對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。無論是過多還是過少，都會(huì)對(duì)海洋生態(tài)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，進(jìn)而威脅到人類的生活。孫曉霞說，海洋生態(tài)系統(tǒng)如同人體，人們所感受到的更多是其表觀的變化，如災(zāi)害的發(fā)生，而其內(nèi)部的變化我們經(jīng)常難以察覺，例如海洋生物多樣性的變化、生物種類的替代、生物分布格局的變化等等。因此，近海生態(tài)系統(tǒng)變動(dòng)的根本原因我們并不完全清楚，其未來的發(fā)展趨勢(shì)亦很難預(yù)測(cè)，如何更好地應(yīng)對(duì)上述問題，需要從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的變化、基礎(chǔ)生產(chǎn)力的變動(dòng)趨勢(shì)以及生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)的響應(yīng)機(jī)制等方面進(jìn)行深入細(xì)致的研究，探尋其內(nèi)在的變化機(jī)制。

制造危機(jī)的浮游生物

近海生態(tài)危機(jī)的出現(xiàn)，很多人都把浮游生物當(dāng)作了威脅。其實(shí)，制造危機(jī)的浮游生物，是人們生活中不可缺少的。關(guān)鍵在于人們是否了解浮游生物，是否能夠科學(xué)地利用，是否能夠約束人類的活動(dòng)，避免浮游生物的爆發(fā)性生長(zhǎng)，使其更好地造福于人類。從這個(gè)角度講，其研究對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)和海洋科學(xué)基礎(chǔ)理論都有重要意義。孫曉霞的專業(yè)是海洋浮游生物研究。她說，浮游生物種多、量大，是海洋生物的主要成員，是海洋食物鏈中的重要環(huán)節(jié)，是海洋經(jīng)濟(jì)魚類的餌料基礎(chǔ)，掌握浮游生物的變化規(guī)律，可以為我國(guó)漁業(yè)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。如海洋捕撈業(yè)中，某些浮游生物的數(shù)量分布變化可提示魚類（如鯡形魚類）索餌洄游的路線，有助于尋找漁場(chǎng)、確定漁期；在海水養(yǎng)殖業(yè)中，對(duì)于浮游生物的培育可以解決水產(chǎn)養(yǎng)殖的餌料問題；更何況，有的浮游生物種類本身就是漁業(yè)資源，如海蜇、毛蝦和磷蝦，用這些浮游生物加工制作的水產(chǎn)品，成為豐富人們餐桌的佳肴，有著豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；有些浮游生物對(duì)環(huán)境的污染物具有凈化和富集的能力，會(huì)發(fā)展成為重要的化工原料。人們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)明了培育微藻的技術(shù)，不僅可以提取生物柴油的技術(shù)，還可以制做出化妝品、保健品等非常多的品種。

孫曉霞說，浮游生物是一座極其豐富的寶藏，是全球海洋生物多樣性的基礎(chǔ)。但是，浮游生物的爆發(fā)性繁殖對(duì)環(huán)境的影響也是非常大的。如水母是我們常見的浮游生物，海蜇等水母也是人們餐桌上常見的美味。但是，災(zāi)害性水母的爆發(fā)性繁殖，卻會(huì)帶來危害。水母在大量獵殺和攝食浮游動(dòng)物以及魚類的卵和幼體，給其他海洋生物的生存帶來威脅。其實(shí)，造成有害赤潮、水母爆發(fā)等等這些生態(tài)災(zāi)害的始作俑者，是人類自身，或者說，不是浮游生物的爆發(fā)傷害了人類，而是人類的活動(dòng)傷害了浮游生物的平淡生活。而且這種傷害遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有結(jié)束。其惡性后果，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止赤潮和水母爆發(fā)那么簡(jiǎn)單。

在孫曉霞看來，浮游生物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中極為重要的類群，是海洋食物網(wǎng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵組成部分。浮游生物的種類組成和數(shù)量變動(dòng)會(huì)引起整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的改變。深入進(jìn)行浮游生物的觀測(cè)與研究是探究海洋生態(tài)系統(tǒng)變化的基礎(chǔ)。

與英國(guó)普利茅斯大學(xué)海洋研究所合作

讀懂大海的深刻內(nèi)涵

湛藍(lán)的海水，美麗的魚群，徐徐的海風(fēng)，潔白的浪花，這只是游客眼里看到的大海的外表，成千上萬種浮游生物，則是外表背后的深沉的內(nèi)涵。孫曉霞和她的團(tuán)隊(duì)，就是努力讀懂大海內(nèi)涵的人。

孫曉霞說，我們所居住的星球，有百分之七十覆蓋著海水。在陸地開發(fā)的空間越來越小的今天，更多的人把目光投向了廣闊的海洋。也因此有人說，21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)。海洋將是21世紀(jì)的藥庫(kù)，也將是未來的糧倉(cāng)。

阿拉丁能控制巨大的神靈，是因?yàn)樗麚碛猩駸?；阿里巴巴能打開裝滿珠寶的山洞，是因?yàn)樗乐ヂ殚_門的咒語。

孫曉霞和她的年輕的團(tuán)隊(duì)，就是在努力尋找打開海洋未來寶庫(kù)的芝麻開門的咒語。

膠州灣是我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)的代表性海域之一，也是揭示近海生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律的理想場(chǎng)所。孫曉霞所在的膠州灣站對(duì)這里開展了長(zhǎng)期的觀測(cè)和研究，獲得了極為寶貴的長(zhǎng)期觀測(cè)資料。與人們的想象不同，在多重壓力的脅迫下，生物多樣性并沒有降低，但生物的種類組成發(fā)生了很大的變化，與90年代相比，2000年之后甲藻類浮游植物、水母等膠質(zhì)類浮游動(dòng)物的種類和數(shù)量增加顯著，而可以作為魚類餌料的餌料性浮游動(dòng)物的數(shù)量和比例都明顯降低。這種變化通過食物網(wǎng)的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)等產(chǎn)生重大影響。赤潮、水母等海洋生態(tài)災(zāi)害的爆發(fā)正是海洋生態(tài)系統(tǒng)演變的一種體現(xiàn)。

在中科院重要方向群項(xiàng)目的支持下，孫曉霞及其團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開展了黃東海典型海域基礎(chǔ)生產(chǎn)力格局及浮游生態(tài)系統(tǒng)變動(dòng)趨勢(shì)研究。他們發(fā)現(xiàn)近20余年來黃東?；A(chǔ)生產(chǎn)力分布格局、浮游生物種類組成同樣發(fā)生較大變化。與八九十年代相比，黃海、長(zhǎng)江口等典型區(qū)域的初級(jí)生產(chǎn)力總體表現(xiàn)為升高的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象與全球中低緯度初級(jí)生產(chǎn)力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)并不一致。

海洋是多變而復(fù)雜的，驅(qū)動(dòng)我國(guó)海洋生態(tài)系統(tǒng)變化的內(nèi)在原因是什么？除了人類活動(dòng)的影響外，鄰近大洋是否會(huì)對(duì)近海產(chǎn)生影響？因此，近海生態(tài)系統(tǒng)的問題不能僅僅從近海解決。在近海生態(tài)系統(tǒng)演變研究基礎(chǔ)上，孫曉霞將研究范圍進(jìn)一步向外海拓展。

2013年，孫曉霞承擔(dān)了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”的子課題，其內(nèi)容是“熱帶西太平洋典型區(qū)域生物多樣性與生物生產(chǎn)過程”。通過研究熱帶西太平洋，特別是暖池區(qū)、黑潮源區(qū)浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征，并通過與近海生態(tài)系統(tǒng)的比較研究，研究該區(qū)域?qū)ξ覈?guó)近海生態(tài)系統(tǒng)的影響。

2013年7月，孫曉霞又承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）“南海陸坡生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與生物資源的可持續(xù)利用”的“陸坡浮游生物群落分布及功能”課題。通過研究陸坡區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力結(jié)構(gòu)、浮游植物和浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)特征及與關(guān)鍵物理過程和生物地球化學(xué)循環(huán)過程之間的關(guān)系，揭示陸坡區(qū)浮游生物高生產(chǎn)力的機(jī)理，探索浮游動(dòng)物功能群與中層魚變動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)。孫曉霞自信地說，這個(gè)課題如果按期完成，可以使我國(guó)陸坡浮游生態(tài)系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)水平進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。

研究團(tuán)隊(duì)

注重創(chuàng)新的工作團(tuán)隊(duì)

浮游生物的研究，并不像海邊撿貝殼那樣浪漫，也不是駕船出海那樣怡情，而是一個(gè)真正的力氣活，而且需要團(tuán)隊(duì)的分工合作，密切配合才能完成。同時(shí)，海洋浮游生物研究也是一個(gè)年輕的領(lǐng)域，更需要工作上的創(chuàng)新與探索。

說起創(chuàng)新，孫曉霞說，對(duì)海洋浮游生物的研究，自1887年德國(guó)人亨森（V. Hensen）創(chuàng)用了“浮游生物”一詞開始算起，迄今不過100多年歷史，與擁有幾百年甚至上千年研究史的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等其他學(xué)科相比，無論是從理論的厚度，數(shù)據(jù)的豐富度，還是研究技術(shù)的先進(jìn)度，都有很大的提高空間。這更需要研究者以創(chuàng)新的精神去迎接種種挑戰(zhàn)。

同時(shí)，浮游生物種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。個(gè)體小的，須在顯微鏡下才能看清其構(gòu)造，個(gè)體大的，如有的水母最大直徑可達(dá)2米。如何快速對(duì)這些五花八門的生物進(jìn)行采集、分類、研究、分析，也需要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)手段。

長(zhǎng)期以來，浮游生物的觀測(cè)仍然主要使用浮游生物網(wǎng)具進(jìn)行樣品采集并進(jìn)行人工鏡檢分類計(jì)數(shù)，由于浮游生物的樣品鑒定耗時(shí)、費(fèi)力，一方面導(dǎo)致數(shù)據(jù)獲取滯后，難以快速開展大尺度、長(zhǎng)時(shí)間序列的浮游生物群落結(jié)構(gòu)研究；另一方面，難以獲得不同類群浮游生物大小、生物量等特征數(shù)據(jù)。如何提高分析效率，實(shí)現(xiàn)浮游生物觀測(cè)的半自動(dòng)化乃至自動(dòng)化，從而在短時(shí)間內(nèi)獲取數(shù)據(jù)，以便對(duì)生態(tài)系統(tǒng)狀況作出快速的判斷，是孫曉霞經(jīng)常思考的問題。

成功來自于實(shí)干，創(chuàng)新也來源于于實(shí)踐。自2008年起，孫曉霞與法國(guó)、英國(guó)等實(shí)驗(yàn)室開展合作，開展基于浮游生物圖像技術(shù)的新技術(shù)與方法研究。以此為基礎(chǔ)，孫曉霞及其團(tuán)隊(duì)建立了我國(guó)近海浮游生物圖像數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行性能驗(yàn)證。對(duì)于黃東海浮游生物的優(yōu)勢(shì)類群，圖像識(shí)別準(zhǔn)確率可以達(dá)到90%以上。通過圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，樣品分析效率大大提高。但僅僅知道數(shù)量的多少還不夠。這就像一只螞蟻和一頭大象，論數(shù)量都是一個(gè)，但重量的差異之大可想而知。對(duì)于浮游生物也是如此。最為科學(xué)的方法是使用碳的含量來表征。如何能夠快速獲得不同浮游生物類群生物量或者碳、氮含量的數(shù)據(jù)？通過儀器直接測(cè)定，無論從成本還是從人力上都是不可行的。為了解決這一問題，孫曉霞及其團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開展了圖像識(shí)別方法在我國(guó)近海浮游生物體積變動(dòng)及生物量研究中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了浮游生物生物量及碳氮含量的自動(dòng)化估算，為我國(guó)近海浮游生物重要類群生物量的快速獲取提供了重要的手段。

正是這種苦干加巧干的團(tuán)隊(duì)工作精神，使他們獲得了豐碩的成果。由于工作業(yè)績(jī)突出，2014年，孫曉霞被授予“中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)科技貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”。