全球沿岸海洋连通性如何？来自海洋浮游生物扩散的见解
你知道海洋生物如何借助洋流在不同海域间扩散和迁徙的吗？他们最终又会漂向何地？最近，一项发表在Nature上的研究，展示了通过计算机模拟绘制出全球海岸线连通性地图。
21年数据，如何绘制海洋连通性地图？
什么是海洋连通性？海洋生物中有许多种类，比如珊瑚、贝类、鱼类的幼体时期会经历一个漂浮的阶段，这些微小的幼体随着洋流扩散迁移，这种海洋生物借助洋流、潮汐等物理过程驱动在不同海域之间的转移能力就是海洋连通性（oceanographic connectivity）。海洋连通性决定了海洋生物幼体的扩散路径、基因交流范围以及生态系统的空间结构。
海洋连通性主要由洋流、涡流、潮汐、上升流等物理过程驱动。洋流是主要载体，能长距离输送生物等物质，但洋流能力强，也具有两面性，如赤道逆流等强洋流，会成为天然屏障，阻止生物跨区域扩散，导致种群分化，而稳定的海流如墨西哥湾暖流等则会形成一条稳定的海洋传送带，将海洋生物长距离输送。其他如涡流、上升流等则主要在局部短时间影响扩散迁移。
海洋连通性高的区域，如如洋流交汇处，通常为生物多样性热点区域。很多保护区的确定也是基于连通性设计，避免出现保护中的生态孤岛。
此前的研究，由于技术限制和数据缺失，主要局限于局部海域海洋连通性。为了构建全球海洋连通性数据库，研究团队使用欧盟哥白尼海洋服务提供的2000-2020年GLORYS12V1数据集，每天记录全球海洋表层流速，精度达9.2公里，这些数据整合了卫星观测和全球5,000多个海洋浮标的实测结果。
然后将全球海岸线划分为26,642个六边形区域，每个边长9.85公里，从每个六边形中心每天释放1个虚拟粒子，模拟生物随波逐流的过程，这些粒子最多扩散180天，覆盖绝大多数海洋生物的浮游期，记录它们最终到达的位置，整个实验累计追踪了2.04亿个粒子。
研究发现，浮游期每增加1天，平均扩散距离增加约5.6公里。30天浮游期的生物，99%的扩散发生在200公里内；180天浮游期的生物，99%的扩散可达1,000公里，少数能跨越大洋。在西边界流区域的的连通性最强，单次扩散概率最高达15%；地中海等半封闭海域以局部连接为主，跨致部分跨越3000公里的跳跃式生物链接。
分析显示，欧洲现有的海洋保护区网络中，仅23%的保护区之间存在显著生物连接，实现不同地理区域的生物种群之间通过幼体扩散迁移实现的生态交流，也就是大多数保护区实际上是孤立的生态孤岛，这也导致了即使单个保护区管理完善，由于缺乏基因交流，仍可能因近亲繁殖或环境波动衰退导致保护物种仍持续衰退。
研究团队开源了R软件包coastalNet，可以查询任意两地间的连通概率和时间，同时模拟气候变化影响、优化保护区设计等，下载链接见文末附件。
图：模拟海洋连通性
释放被动拉格朗日粒子的六边形沿海站点（红色表示；边长9.85公里的六边形）的全球分布。放大的区域提供了六边形沿海站点的更详细视图。
盆地扩散需数月。不过，南大洋由于偶发的强涡旋导
❓思考题：如果一种海洋生物的浮游期为180天，它的幼体一般最远可能扩散多远？
A.50公里
B.200公里
C.1000公里
D.5000公里
参考答案：（点击查看）
C.
解析：模拟显示，180天浮游期的生物99%扩散事件在约1,000公里内，少数能更远。
尽管这项研究迈出了重要一步，但后续还有进一步优化的空间，当前的模型未包含潮汐作用，可能低估近岸区域，如红树林、河口的连通性。而且，很多鱼类幼体会主动调节游泳深度以利用不同流速的水层，可能需加入三维运动模块。
附件：
R软件包coastalNet开源数据包下载链接：https://github.com/jorgeassis/coastalNet
参考文献：Jorge Assis, Eliza Fragkopoulou, Ester A. Serrão & Miguel B. Araújo ，Coastal oceanographic connectivity at the global scale: a dataset of pairwise probabilities and travel times derived from biophysical modeling. Scientific Data volume 12, Article number: 737 (2025) ，doi.s41597-025-05060-2