一支由施密特海洋研究所“福尔克号”(Falkor)科考船上的国际海洋中层水体专家团队,在近期于热带南大西洋巴西沿岸的一次考察中,发现了二十多种新的海洋物种。科学家们利用先进技术探索了海洋中层水体——即阳光照射层和海底之间的水域——这是地球上最大、探索最少的宜居生态系统。通常,科学家需要数十年时间才能识别和描述新物种,但凭借先进的技术和丰富的专业知识,该团队仅用了几天时间就确认了这些物种的新身份。
这份名单包括:一种端足类动物,一种与螃蟹和龙虾相关的甲壳类动物;一种纤细的蠕虫,其移动速度比科学家根据其体型所预期的要快;九种水母;七种管水母,一种与水母和珊瑚相关的群体生物;七种栉水母,因其用于游泳的闪闪发光的纤毛而闻名;四种樽海鞘,一种生活在粘液屋中的蝌蚪状生物,与人类的亲缘关系比与无脊椎动物更近;以及两种巨型根足虫,一种肉眼可见的单细胞生物。
奥斯本说,研究团队观察到的中层水域生物种类和数量远远超出了他们的预期,其中包括玻璃鱿鱼和正在捕食鲜红色水母的远洋章鱼。
由于难以接近且体积庞大,海洋中层水域是地球上最具探索挑战性的区域之一。笹川和平基金会的“海洋探索计划”资助了两个中层水域研究项目,使得这项工作得以开展,其中一个项目设在西澳大利亚大学,另一个项目设在美国比格罗海洋科学实验室。
用于识别新物种的技术是成像系统和基因分析的结合。
成像系统包括由蒙特雷湾水族馆研究所(MBARI)生物启发实验室开发的DeepPIV(粒子图像测速仪)和EyeRIS(远程成像系统),它们被安装在施密特海洋研究所的遥控潜水器(ROV)“苏巴斯蒂安号”上。DeepPIV和EyeRIS是用于扫描海洋动物的精密非侵入式工具;它们利用激光扫描生物体并创建其3D图像。此外,研究团队还在ROV上安装了一台来自日本海洋地球科学技术厅(JAMSTEC)的阴影成像相机,它可以拍摄3D扫描中无法显示的动物的更精细细节。这些图像有助于科学家描述动物的形状和内部结构,而无需采集样本。
许多生活在中层水域的动物呈胶状,身体柔软脆弱,传统的采样方法很容易对其造成损伤。为了应对这一挑战,此次考察采用了多种先进技术,使科学家能够在模拟动物自然栖息地的可控环境中对其进行观察。这些技术包括西澳大利亚大学开发的虚拟现实舱和斯坦福大学开发的“重力仪”——一种专门用于研究微生物的显微镜,它如同一个流体动力学跑步机。
研究团队利用斯坦福大学开发的另一款显微镜,获得了关于中层水域动物生理学的关键新见解。这款名为Squid的显微镜是一款开源的共聚焦显微镜。借助Squid,研究团队首次实现了海洋研究中对活体细胞内部结构的三维成像。他们成像的生物体之一是一种名为原生生物的大型单细胞微生物。该显微镜使科学家能够观察到原生生物的细胞结构与其玻璃骨架之间的相互作用。
在高分辨率图像的配合下,该团队对船上收集的样本进行了基因组测序,从而能够在东北大学的 Cheryl Ames 博士和 Bigelow 实验室的 John Burns 博士的领导下迅速识别出新物种。