控制海洋生物的幕后力量

溫言

海洋是一座蘊(yùn)含各種元素的大寶藏。其中有些元素很豐富，比如使海水變咸的鈉和氯，而另一些的含量則微不足道，但卻有著不容小覷的作用：有鐵的地方生命茁壯成長；汞有致死的能力；硒含量的高低關(guān)系著物種是豐富多樣還是面臨滅絕……

就像看不見的木偶大師一樣，這些微量元素牽制著海洋生物，既可以賦予其生命也可以將其扼殺，然而我們卻很難追蹤它們的痕跡。不過，總有人在堅(jiān)持，一個(gè)新的國際科學(xué)研究計(jì)劃——“海洋中痕量元素及其同位素的地球化學(xué)研究”（GEOTRACES）是旨在測量出海洋中微量元素的變化的全球合作項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目揭示了微量元素從何而來，以及它們?nèi)绾慰刂浦Ｑ笊鷳B(tài)系統(tǒng)。

浮游生物的鐵肥料

即使是在富含鐵的區(qū)域，每立方米海水中也僅有30微克的鐵。鐵元素在人體中有造血功能，參與了各種蛋白質(zhì)的合成，促進(jìn)生長。鐵對(duì)于海洋生物同樣也很重要，尤其是浮游生物，若是沒有鐵則無法合成葉綠素，進(jìn)而影響光合作用，此外鐵還影響著它們對(duì)氮和磷的營養(yǎng)鹽的吸收。

那么，對(duì)海洋初級(jí)生產(chǎn)力如此重要的鐵來自哪里？其天然來源是陸地巖石風(fēng)化后，通過氣流和江河帶入海中。此外，在對(duì)大西洋、太平洋、南北極和北冰洋的巡航測試中發(fā)現(xiàn)，深海熱液噴口也向海水中注入了大量的鐵元素。不過鐵元素在海洋中的分布很不均勻，會(huì)隨著時(shí)間的流逝形成沉積物而漸漸沉入海底，所以有些地區(qū)的海洋表層極其缺鐵。

而有些科學(xué)家把海洋當(dāng)成是溫室氣體的處理廠，寄希望于能夠通過浮游生物的光合作用，把自工業(yè)時(shí)代以來排放的大量二氧化碳吸收掉的。由于有些海洋表層缺鐵，所以他們建議應(yīng)該給海洋施點(diǎn)“鐵肥”，以促進(jìn)浮游生物的生長來遏制全球變暖。當(dāng)然，這種往海水中播種鐵的方式是否能夠起作用，目前還尚處于驗(yàn)證階段，相關(guān)的爭論也比較多。

太多也不好的氮

氮和磷是植物生長所必須的元素，沒有氮，生物就無法制造蛋白質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)，氮的含量影響著海洋生物的數(shù)量。

在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，人們往土壤中添加了各種氮肥和磷肥，以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。但我們付出的代價(jià)是，大量的氮和磷從農(nóng)田流入河流和海洋。我們所知道的是，海洋中的氮和磷過多會(huì)造成富營養(yǎng)化，引發(fā)藻類生長的大爆炸，過多藻類瘋狂消耗海水里的氧氣后足以使其他生物沒了呼吸的空間，形成所謂的海洋死區(qū)。

另一方面，海洋中氮含量的提高和氣候變化之間會(huì)相互影響，形成惡性循環(huán)。從農(nóng)業(yè)土壤中流失形成的富含氮的水，會(huì)進(jìn)一步形成一氧化二氮，逸散到大氣中。一氧化二氮也是一種溫室氣體，同時(shí)還是破壞臭氧的罪魁禍?zhǔn)字弧４髿庵腥种坏囊谎趸獊碜杂诤Ｑ?，可見海洋中隱藏的微量元素可以影響全球的生命。而大氣中氮含量增多后，隨著降雨也會(huì)將更多的氮又送回海洋，加劇富營養(yǎng)化。

物種多少硒說了算

硒元素對(duì)大多數(shù)生物來說都是必不可少的，包括我們?nèi)祟?。我們從各種各樣的食物中獲取它，然后它會(huì)參與某些蛋白質(zhì)的合成，起到調(diào)節(jié)激素水平、清除毒素和支持神經(jīng)系統(tǒng)工作等作用。海洋中硒元素的含量必須維持在一個(gè)恰當(dāng)?shù)臐舛确秶?，才能適合生物生存。甚至有研究認(rèn)為，在5億年前，當(dāng)大多數(shù)動(dòng)物群首次出現(xiàn)在地球上時(shí)，它還推動(dòng)了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。

但在高濃度的情況下，它可能是有毒的。自然界中的多種礦物中都含有硒元素的存在，硒可以從被侵蝕的巖石中釋放出來，并被帶入海洋。硒在生活中也有廣泛的應(yīng)用，如復(fù)印機(jī)的硒鼓、動(dòng)物飼料添加劑和植物殺蟲劑等。因此人類活動(dòng)也產(chǎn)生了大量的硒化物，相關(guān)行業(yè)的大型工廠也產(chǎn)生大量含有硒的廢水，這些廢物廢水排放到生態(tài)系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致出現(xiàn)了很多畸形的魚類和其他動(dòng)物。

硒的含量必須維持在一個(gè)微妙的平衡中，如果偏低也會(huì)引起嚴(yán)重的后果。硒含量偏低至少與三次的地球生物大規(guī)模滅絕有關(guān)。在奧陶紀(jì)、泥盆紀(jì)和三疊紀(jì)末期，當(dāng)這三個(gè)至今仍是未解之謎的物種大滅絕發(fā)生時(shí)，海洋中的硒含量下降了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，比現(xiàn)在的水平低了很多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于維持動(dòng)物生命所需的水平。

珍愛生命，遠(yuǎn)離汞和鉛

汞在細(xì)胞內(nèi)不僅不會(huì)起到什么有益的功能，反而對(duì)生物的神經(jīng)系統(tǒng)有害。一旦它在海洋中濃度接近毒性水平，就會(huì)在水生生物中形成甲基汞，引發(fā)動(dòng)物大腦損傷、新生個(gè)體畸形和繁殖率降低等后果。

像汞一樣，鉛也會(huì)在食物鏈中累積。它被浮游生物吸收，然后進(jìn)入食草動(dòng)物和食肉動(dòng)物的體內(nèi)，不斷富集，最終對(duì)食物鏈頂端的動(dòng)物——人類，也產(chǎn)生毒害作用。它會(huì)擾亂酶和細(xì)胞的功能，對(duì)心臟和腎臟都是有害的，還會(huì)對(duì)大腦造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。

最近，科學(xué)家研究了全球范圍內(nèi)1850年至2010年期間累計(jì)汞的排放量，顯示僅由于人類活動(dòng)就釋放了150萬噸的汞，比起天然來源的汞，人為因素引入的要高出78倍。鉛也是如此，海洋中幾乎所有的鉛都來自人類活動(dòng)。

一旦汞被釋放到環(huán)境中，它就會(huì)在幾百年甚至上千年的時(shí)間里反復(fù)影響著周圍的生物。由于汞的危害性很大，128個(gè)國家已經(jīng)簽署了水俁公約，要求締約國至2020年，全面淘汰體溫計(jì)、血壓計(jì)和紐扣電池等含汞產(chǎn)品，使用無汞替代品以遏制汞污染。對(duì)于鉛，許多國家也做出了相應(yīng)的努力且頗見成效。自上世紀(jì)90年代和本世紀(jì)初，美國、歐洲各國、加拿大和墨西哥禁止使用含鉛汽油以來，北大西洋的鉛含量已經(jīng)減少了一個(gè)90%。

無功無過的釹

海洋中還有一些微量元素既不是營養(yǎng)素也不是毒素。而科學(xué)家之所以對(duì)它們感興趣是因?yàn)榻柚鼈兾覀兡苎芯科渌⒘吭?。例如，稀土元素釹可以幫助我們追蹤其他元素曾經(jīng)走過的路。

研究表明，巖石中釹同位素的組成可以推測巖石形成的年代。巖石越年輕，釹的兩種同位素，釹-143與釹-144的比例就越高，根據(jù)這個(gè)我們可以推測出世界各地的巖石年齡。這意味著，當(dāng)研究人員在海洋沉積物中發(fā)現(xiàn)釹時(shí)，他們可以推測出沉積物所屬的年代，進(jìn)一步推測出其可能來自何方。由于微量元素與其他元素經(jīng)常一起旅行，釹就可以幫助科學(xué)家確定其他元素的可能來源，比如鐵。