巴西沿海一艘先進科考船識別出螃蟹和龍蝦的一種新近親、九種新水母,以及兩種肉眼可見的巨型單細胞生物。
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世界海洋“中水層”這個看似平淡無奇的名稱,掩蓋了陽光層下方一個黑暗、高壓、宛如異星的世界,從海面以下超過13000英尺(約4000米)處開始。這是地球上最大的生態系統——但它的許多居民根本無法前往海洋的低壓區域,也根本無法靠近科學家能近距離研究它們的任何地方。
幸運的是,施密特海洋研究所科考船“福爾科(二代)”號上的一支海洋科學家團隊來到了它們身邊,借助一套全新的顯微鏡、深海成像儀和船載基因測序設備,在短短兩周內發現了可能創紀錄的31個潛在新物種。據該研究所稱,考察隊的研究人員首次在海上對生物體的內部細胞結構進行了三維成像:記錄了一種原生生物如何利用其玻璃骨架來搭建自身的微生物構造。在這些新物種中,該團隊揭示了一種與螃蟹和龍蝦有親緣關系的新型端足類動物、一種游速異常迅捷的薄紗蠕蟲、九種新水母,以及兩種肉眼可見、名為根足蟲類的巨型單細胞生物。
“在我們探索的每一個水團中,海洋都充滿了意外驚喜,從未停歇。”“福爾科(二代)”號科考隊首席科學家之一、緬因州比奇洛海洋科學實驗室的分子生物學家約翰·伯恩斯在一份聲明中說道。
伯恩斯指出,一艘船上匯集了來自美國、澳大利亞、巴西和日本的二十四位科學家和工程師,這極大地增強了他們“快速構建數字標本”的能力,為“在全球海洋乃至更遠的地方快速共享和識別新物種”開辟了新途徑。
“魷魚”顯微鏡
這次考察中使用了一種新穎的轉輪式共聚焦顯微鏡,這臺由斯坦福大學開發的設備名為“魷魚”,它將實驗室級成像設備帶到現場,可提供三維激光掃描、多色熒光照明等多種掃描技術。
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“這開啟了一個全新的探索世界,”考察首席科學家、海洋動物學家凱倫·奧斯本對媒體表示,“我們可以觀察到細胞之間如何相互作用、交換物質并構建骨骼。而且我們能在船上實時進行這些觀察,而通常需要花費數周時間進行染色和制片才能看到任何東西。”
在伯恩斯和日本東北大學海洋生物學家謝麗爾·艾姆斯的帶領下,“福爾科(二代)”號上的遺傳專家在船上對采集到的標本進行了基因組測序,進一步加快了如今從中水層快速鑒定出新物種的速度。
“重力機器”與遙控潛水器
海洋科學家長期面臨一個特殊難題:研究中水層海洋物種,這些物種大多進化出柔軟、可滲透且幾乎不成形的軀體,能夠在超過海平面大氣壓400多倍的水壓中滑行。施密特研究所的團隊通過幾種方法解決了這一問題,包括使用一艘名為“蘇巴斯汀”的深海遙控潛水器,它配備了一系列非侵入式測量工具,以及一臺能夠模擬這些物種棲息地的“重力機器”顯微鏡。
“我們現在可以實時目睹這些適應了巨大壓力和黑暗的極端生物體內的內部過程。”考察團隊成員、在斯坦福大學開發了重力機器的馬努·普拉卡什在聲明中說。
該設備實際上是一個桌面轉輪形狀的水族箱,能模擬出類似于中水層深度的無限垂直水柱,這些物種通常會順著水柱上浮覓食,再下潛回去休息。
在真實的深海深度中,“蘇巴斯汀”使用一種名為DeepPIV的“粒子圖像測速”工具來測量水下生物及其周圍流體的速度,同時還配備了日本和美國研究人員開發的遠程成像系統。
施密特海洋研究所執行主任喬蒂卡·維爾馬尼表示:“這是我們與這群科學家和工程師合作進行的第三次航行,旨在測試并進一步開發這種創新的中水層研究設備。”并補充說,這“讓人們得以一窺海洋生物科學的未來。”
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