海洋的小守护者，气候变化中浮游有孔虫的挣扎

浮游有孔虫是一种微小的钙化生物，在海洋生态系统中发挥着重要作用，它们对海洋碳循环做出了重大贡献，并可作为现代和古代海洋环境条件的指标。近几十年来，这些生物面临着气候变化带来的越来越大的压力，尤其是由大气二氧化碳 (CO₂) 水平上升导致的海洋变暖和酸化。虽然向较冷水域迁移一直是浮游有孔虫的主要生存策略，但近日一项最新的研究表明，这种适应性反应可能已不足以确保它们的生存。

浮游有孔虫是随洋流漂流的微小海洋生物，它们属于原生生物群，具有坚硬的钙化外壳，外壳由它们从周围水中提取的物质构成。有孔虫对环境因素的变化很敏感，包括温度、pH 值和营养物质的可用性，这种敏感性使它们成为气候变化影响（如海洋变暖和酸化）的宝贵指标。科学家可以利用这些外壳重建过去的海洋状况，从而深入了解气候模式和海洋化学。

由于浮游有孔虫在碳循环中发挥的作用，它们对深海碳封存做出了重大贡献，使它们成为调节地球气候的关键参与者。

浮游有孔虫的减少对海洋生态系统有着重大影响，这些生物是海洋食物网不可或缺的一部分，是包括小鱼和大型捕食者在内的多种海洋物种的食物。它们的减少可能会破坏整个食物链，并对整个生态系统产生连锁反应。

气候变化对浮游有孔虫的影响

海洋变暖是气候变化最明显的效应之一，主要原因是大气中二氧化碳含量的增加。随着海洋吸收过多的热量，其表面温度上升，从而改变了海洋物种的分布，包括浮游有孔虫。有孔虫对温度波动很敏感，许多物种已经随着水温升高而改变了分布。这种迁徙通常涉及向较冷、较深的海洋区域或向极地方向移动。

除了变暖之外，海洋酸化是浮游有孔虫面临的另一大威胁。海洋吸收过量的二氧化碳会导致 pH 值下降，从而使海水变得更酸。这种酸化会破坏有孔虫产生碳酸钙壳的能力。随着海水变得更酸，海水中碳酸钙的可用性会降低，使有孔虫更难形成和维持其壳。

碳酸钙保护壳的丧失对有孔虫产生了重大影响，因为它们很容易受到捕食者和环境压力的影响。研究表明，有孔虫种群已经因酸化而减少，其中热带物种的损失最为严重。

迁移作为一种适应性反应

长期以来，迁徙一直被认为是浮游有孔虫的一种关键生存策略。通过迁移到较冷的地区或较深的水域，这些生物可以逃避不断上升的表面温度，并有可能找到更有利的条件。

为了应对地表温度的升高，有孔虫迁徙到更深的水域以寻找更低的温度。这种行为在各种物种中都有所观察，有研究显示他们正以每年10公里的速度向极地较冷的水域迁徙，那里的温度受地表变暖的影响较小。然而，这种适应并非没有局限性。随着地表温度持续上升，地表和深水之间的温差变小，减少了深水物种可用的避难所。此外，深水的氧气含量和营养物质供应通常不同，这会进一步给有孔虫种群带来压力。

另一种对海洋变暖的适应性反应是浮游有孔虫向高纬度地区迁移。随着热带地区温度升高，传统上生活在这些较温暖地区的物种已经迁移到较冷、较温和的地区。虽然这种转变使一些物种得以生存，但这却并不长久，高纬度地区也正在经历变暖趋势，随着海洋温度持续上升，合适的栖息地可能会变得有限。

虽然迁徙是一种重要的适应策略，但其有效性受到多种因素的限制。随着海洋温度持续上升，栖息地变得越来越不适宜，有孔虫可能面临无法挽回的境地。

浮游有孔虫向较冷水域的迁移受到适宜栖息地的限制。随着地表水变暖，海洋较深区域受到温度变化的影响越来越大。此外，向高纬度地区的迁移受到较冷地区可用空间的限制，这些地区可能会挤满流离失所的物种。这可能导致资源竞争加剧，并进一步给种群带来压力 。

此外，海洋酸化加剧了海水变暖带来的挑战。pH 值下降不仅影响有孔虫生产贝壳的能力，还影响海洋环境的整体健康。随着酸化的加剧，海水中碳酸钙的可用性降低，有孔虫寻找合适栖息地的能力可能会受到限制。

最新的研究成果

近日，一项新的研究发现，垂直迁移是浮游有孔虫 (PF) 的常见行为，但这种行为不足以确保它们在快速变化的海洋环境中生存。海洋温度上升、酸化和二氧化碳水平上升正在显著改变有孔虫的栖息地，尤其是对那些依赖稳定钙化条件的栖息地产生影响。

研究发现，在过去的八十年里，有孔虫的总体丰度下降了 24.2±0.1%。浮游有孔虫表现出明显的向极地迁移行为，增加了它们在中高纬度地区的多样性。除了横向迁移之外，研究还揭示了有孔虫物种之间复杂的垂直迁移模式。

在预计的 2050 年和 2100 年的温度和方解石饱和状态下，低纬度有孔虫物种将面临超出其当前生态耐受性的物理化学环境，这些物种可能会通过向极地迁移取代高纬度物种，这将减少低纬度有孔虫的多样性。

研究结果表明，有孔虫物种表现出复杂的迁移模式，可能不足以应对这些压力，挑战了仅靠迁移就能在环境变化面前长期生存的假设。

我们这强调了我们迫切需要了解气候变化、海洋酸化和其他压力因素的相互作用将如何影响大部分海洋领域的生存能力。

思考

浮游有孔虫如何应对二氧化碳水平的上升及其对钙化的影响？哪些特定的温度或酸度阈值会导致生存率下降？由于单靠迁移可能无法保证在气候变化下生存，还有哪些其他适应机制（例如繁殖、代谢率的变化）可能对它们的生存起着至关重要的作用？

参考文献：Sonia Chaabane, Thibault de Garidel-Thoron, Julie Meilland, Olivier Sulpis, Thomas B. Chalk, Geert-Jan A. Brummer, P. Graham Mortyn, Xavier Giraud, Hélène Howa, Nicolas Casajus, Azumi Kuroyanagi, Gregory Beaugrand & Ralf Schiebel ，Migrating is not enough for modern planktonic foraminifera in a changing ocean.  Nature (2024)，doi.s41586-024-08191-5

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