每天都在上演的大自然奇蹟：塑造地球的海洋動物遷移

海洋生物的晝夜垂直遷移不僅塑造了海洋生態系統，也影響了地球的環境變化

　　每天晚上，當太陽落到地平線之後時，一股生命的浪潮便從深海中湧起。這其中，有比米粒還小的甲殼動物，有透明的水母和血紅色的魷魚，還有在黑暗中發光的龐大燈籠魚群。

　　它們來自寒冷的深海，都對浮遊生物異常貪婪。而且，它們的行程安排得很緊，因為當陽光重新照在海面上時，所有這些生物就必須再次回到黑暗中，以免被白天在海面上遊弋的掠食者吞噬。

　　這場在光明與黑暗，溫暖與寒冷，掠食者與獵物之間的「舞蹈」被稱為「晝夜垂直遷移」（diel vertical migration，簡稱DVM）。這被認為是地球上最大規模的動物運動。無論是塞倫蓋蒂草原上的角馬，在北美大陸上遷徙的帝王蝶，還是穿越南極洲的企鵝，都不能與每天全球同步湧升的海洋生物遷移相提並論。

　　當然，大多數人對這場遷移的了解還非常少，儘管DVM在吸收深海中的碳以及使我們吃的魚變肥方面發揮了巨大作用。

　　美國北卡羅萊納大學阿什維爾分校的海洋生物學家麗貝卡·赫爾姆（Rebecca Helm）說：「當你想到某種開放大洋裡生活的動物時，它很可能就經歷著某種形式的垂直遷移。」

　　儘管海洋生物晝夜垂直遷移的模型細節可能很複雜，而且會因物種和地點的不同而有所變化，一隻橈足類動物可能只移動數米，而凝膠狀的海鞘可能會移動近1千米。不過，這種遷移的基礎似乎相當簡單——主要是關於陽光和食物。

　　一整個白天，太陽光線一直在為海洋最上層的微小藻類——浮遊植物——提供能量基礎。這些生物雖然很小，但數量眾多，構成了食物鏈的基礎。它們滋養著無數的生命形式，小至幾毫米長的螃蟹幼體，大至汽車大小的鯨鯊。問題是，為了進行維持生命的光合作用，浮遊植物必須呆在水深200米以內的海洋表層，因為那是陽光能穿透的最遠距離。

　　「你可以想想海洋的整個深度，可以發現，進行光合作用的這一層就像蘋果的表皮——它太薄了，」麗貝卡·赫爾姆說，「因此，為了充分利用這片富饒的區域，海洋中的生物必須遷移到這裡，收集所有的食物。」

　　我們很難直觀地理解到底有多少動物參與了這種日常遷移，但可以這麼來思考。第二次世界大戰期間，當科學家們第一次嘗試用水下聲納來探測德國U型潛艇時，海軍的回聲探測器一直顯示海面下大約120米到180米之間有一個「固體層」。起初，科學家推斷聲納探測到了海底。

　　但是問題來了，這個「海床」一直在移動，晚上變淺，白天變深。隨著時間的推移，科學家們發現他們看到的是一個「假海底」，這個密集的「固體層」其實是由緊密聚集的大群蝦類、魷魚和管水母組成的。

　　在加拿大卑詩省薩尼奇灣拍攝的回聲探測圖。磷蝦是一種類似蝦的小型甲殼動物，其種群形成了厚厚的一層，看起來幾乎就像堅實的海底

　　更重要的是，科學家發現這些生命的聚集是如此有規律且可預測。最終，聲納研究者將此命名為「深海散射層」，即能夠散射或反射聲波的生物密集水平區域。這個散射層是如此之厚，以至於對敵方潛艇能否隱藏其中仍然有一些爭論。

　　「很多科學研究都是由這些軍事人員推動的，他們的想法是，『我們必須弄清楚這到底是怎麼回事！』」麗貝卡·赫爾姆說，「如果不是參與到這些水下的戰事中，我們或許還不知道這個奇怪的神秘層是什麼。」

　　當然，自第二次世界大戰以來，科學家們已經掌握了大量關於海洋的知識，每一個新的發現都描繪了更加複雜的海洋生命圖景。例如，儘管晝夜垂直遷移主要是一種生物現象，但它也受到物理學的影響。

　　英國普利茅斯大學的物理海洋學家菲利普·霍斯古德（Philip Hosegood）表示，浮遊植物能進行光合作用的最大深度是由水的清澈度等因素決定的。而水的清澈度又是一系列其他變量決定的，比如水溫、風速、潮汐、洋流、鹽度和光照等。「海洋是一個三維空間，」霍斯古德說，「當然，實際上，它是四維的，因為它不僅在水平和垂直方向上變化，還會隨著時間而不斷變化。」

　　如果你對流體動力學有一些了解，就能更深刻地理解微型生物遷移的距離。水獺、章魚甚至人類都可以在水中滑行，阻力相對較小，但生物體積越小，克服水的天然黏性就越困難（這就是為什麼螞蟻會被困在水面上，而我們能在水池中自由遊動的原因，這一切都要歸結於雷諾數的不同）。對於顆粒大小的浮遊動物來說，在水中遊泳就像一個人在糖蜜中划槳一樣——而且這些生物每天要在一百多米深的海水中來回跋涉！

　　儘管在浮遊生物生長的任何地方，都有某種形式的晝夜垂直遷移現象發生，但仍然有許多謎團尚未揭開。例如，許多動物會進行逆向晝夜垂直遷移，即它們在白天遷移到有陽光的地方，在晚上離開則離開水面。甚至在一個物種內部，也會因地點的不同而發生遷移行為的變化。

　　美國史丹福大學的鯊魚研究者薩米·安傑伊扎克（Sammy Andrzejaczek）在2019年與人合作發表了一篇關於大型魚類垂直運動的綜述。「珊瑚礁鬼蝠鱝可以進行正常的晝夜垂直遷移，比如在查戈斯群島等地，白天遊向深處，晚上遊向淺層，」他說，「但在一些地區，它們的行為正好相反，比如在紅海和塞席爾。」

　　當然，晝夜垂直遷移不僅對蝠鱝等濾食性動物很重要，對食物網各個層次上的動物也很重要。大魚吃小魚，小魚吃蝦米，蝦米吃浮遊動物；動物越大，捕食它的掠食者也會越大。安傑伊扎克所在的團隊主要研究一些鯊魚物種如何通過橫向遷移來捕食晝夜垂直遷移的魚類，特別是金槍魚。倫敦動物學會的海洋生物學家、安傑伊扎克的同事大衛·科尼克（David Curnick）說：「鐮狀真鯊似乎白天就呆在海底山附近，晚上才出去覓食。」

　　這意味著，海洋動物不僅會上下遷移，而且會橫向遷移，從相對安全的區域遷移到生產力較高的區域。也許最有趣的一點是，在海洋表面這薄薄的一層中發生的事情，對上面和下面的世界都有影響。

　　麗貝卡·赫爾姆表示，當所有這些微小的浮遊植物在表面進行光合作用時，它們會消耗大量的二氧化碳；而當它們被吃掉的時候，這些碳又會被帶到深海。

　　事實上，科學家在2019年創建了一個模型來確定究竟有多少碳通過晝夜垂直遷移的方式沉積到深海。他們發現，那些魷魚、稚魚和蝦類幼體每年能將1拍克（Pg，1拍克=10^15克，即10億噸）的碳帶到海底深處。

　　美國伍茲霍爾海洋研究所的生物海洋學家、這項研究的主要作者凱文·阿奇博爾德（Kevin Archibald）說：「美國路上行駛的所有車輛每年大約產生1.5拍克的碳。」也就是說，海洋生物的晝夜垂直遷移抵消了美國汽車排放總量的三分之二。

　　阿奇博爾德表示，晝夜垂直遷移只佔海洋捕獲的碳總量的16%。其他的貢獻因素包括自然的水運動、下沉的浮遊植物細胞和海洋動物的糞便——在海洋的尺度上確實是規模龐大的現象。當然，糞便的下沉也會受到晝夜垂直遷移的重要影響。晝夜垂直遷移還加速了營養物質消化的速度。一些研究表明，晝夜垂直遷移將營養物質運送到深海的速度要比這些物質自身下沉的速度快一個數量級。正是由於海洋生物的晝夜垂直遷移，這些物質才能能夠更快地到達深海，而不是無休無止地漂流。

　　晝夜垂直遷移也意味著，許多從未接觸陽光的海底生物歸根結底也依賴著太陽。事實上，我們和它們並沒有太大不同。儘管我們在有生之年基本上都無法見證這些活動，但海洋生命的垂直遷移既為我們提供了食物，也在迅速變化的地球氣候中發揮了重要作用。

　　變化的氣候也將會影響晝夜垂直遷移，儘管確切的影響方式仍然未知。較高的水溫可能會降熱帶海區的晝夜垂直遷移活動，這些海域本來的遷移活動就沒那麼活躍；而在兩極等寒冷地區，晝夜垂直遷移活動會規模更大、更活躍。當然，不確定的問題還非常多，科學家們仍需要更進一步研究晝夜垂直遷移的機制。儘管大多數人只是知道這種現象的存在，但不得不說，我們還是應該對那些每天來回跋涉的海洋生物心存感激。（任天）