近期，法國(guó)索邦大學(xué)的科學(xué)家Yawouvi將UVP、MultiNet與ZooSCAN相結(jié)合，采用了網(wǎng)采和水下原位觀測(cè)兩種技術(shù)方法，重建了全球海洋中大型(>1mm)浮游動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)化生物量粒徑譜(NBSS)，為全球浮游動(dòng)物的體積和生物量分布提供了更準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)背景
在浩瀚的海洋中，浮游生物雖然微小，卻扮演著至關(guān)重要的角色。它們是海洋食物鏈的基礎(chǔ)，更影響著全球碳循環(huán)和氣候系統(tǒng)。然而，目前科學(xué)家們對(duì)浮游生物的研究卻一直面臨著巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的浮游生物網(wǎng)采樣技術(shù)容易漏采某些脆弱或難以捕捉的浮游動(dòng)物群體(如根足蟲(chóng)類(lèi))，而水下顆粒物和浮游動(dòng)物原位成像技術(shù)雖然能捕捉到這些脆弱生物的圖像，但成像體積卻相對(duì)較小。
為了更準(zhǔn)確地評(píng)估全球海洋中大型(>1mm)浮游動(dòng)物的體積和質(zhì)量分布情況，法國(guó)索邦大學(xué)的科學(xué)家Yawouvi結(jié)合了MultiNet網(wǎng)采/ZooSCAN圖像分析和UVP水下原位觀測(cè)兩種技術(shù)方法，重建了浮游動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)化生物量粒徑譜(NBSS)，為全球海洋浮游動(dòng)物的研究提供了一種新視角。
實(shí)驗(yàn)方法
索邦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)使用MultiNet(浮游生物連續(xù)采樣網(wǎng)，德國(guó)，HYDRO-BIOS公司)和UVP5(水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統(tǒng)，法國(guó)，HYDROPTIC公司)兩種設(shè)備在全球的57個(gè)站位(圖1)采集了浮游生物數(shù)據(jù)。
圖1 使用MultiNet和UVP5采樣的57個(gè)站點(diǎn)的位置
MultiNet由五個(gè)連續(xù)的浮游生物網(wǎng)組成，可以在五個(gè)不同的深度水層采集浮游生物樣本，其采樣體積大，能夠捕捉到更廣泛的浮游生物群體；ZooSCAN(浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)，法國(guó)，HYDROPTIC公司)是一種高效的浮游動(dòng)物圖像分析系統(tǒng)，能夠快速、高效地處理和分析浮游動(dòng)物樣品，其高分辨率圖像使得科學(xué)家能夠?qū)⒏∮蝿?dòng)物識(shí)別到科甚至屬的水平，為分類(lèi)學(xué)研究和生態(tài)學(xué)研究提供強(qiáng)有力的支持。
UVP5(法國(guó)，HYDROPTIC公司)則能夠在不破壞生物體的情況下實(shí)時(shí)記錄浮游生物的尺寸和豐度，高分辨率的圖像數(shù)據(jù)使得研究人員能夠識(shí)別和量化各種浮游生物，包括那些脆弱的生物體，從而獲得更全面的生物量估計(jì)。
研究團(tuán)隊(duì)將上述兩種實(shí)驗(yàn)方法的研究數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，用于重建中大型浮游動(dòng)物的NBSS，并比較了兩種實(shí)驗(yàn)方法在計(jì)算NBSS斜率和生物量上的差異。
圖2 從左至右分別為MultiNet浮游生物連續(xù)采樣網(wǎng)；ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)；UVP水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統(tǒng)(已更新至UVP6-HF版本)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
(1)NBSS斜率：重建的NBSS斜率介于MultiNet和UVP5之間，比MultiNet的斜率平緩20%，比UVP5的斜率陡峭7.6%(圖3)。這表明MultiNet低估了某些脆弱生物體的數(shù)量，而UVP5對(duì)小生物體的分辨率不足。
圖3 三種方法(UVP5、網(wǎng)具采樣、重建)在不同位置、三個(gè)深度層和三個(gè)緯度帶中，針對(duì)中型浮游動(dòng)物的NBSS的結(jié)果
(2)生物量估計(jì)：重建的生物量在熱帶和溫帶地區(qū)顯著高于MultiNet的估計(jì)值(圖4)，尤其是在表層水域中更為明顯。UVP5在獲取脆弱生物體(如根足蟲(chóng)類(lèi))信息方面表現(xiàn)優(yōu)異，而MultiNet在采集甲殼類(lèi)動(dòng)物方面更為有效。
圖4 三種方法(UVP5、網(wǎng)具采樣、重建)在不同位置、三個(gè)深度層和三個(gè)緯度帶中，針對(duì)中型浮游動(dòng)物的生物量結(jié)果
(3)緯度與深度差異：在熱帶和溫帶地區(qū)，根足蟲(chóng)類(lèi)對(duì)浮游生物總生物量的貢獻(xiàn)較大，而在極地地區(qū)，甲殼類(lèi)動(dòng)物占主導(dǎo)地位。隨著深度增加，浮游生物的生物量逐漸減少。
結(jié)論
MultiNet/ZooSCAN和UVP5兩種方法相結(jié)合可以更準(zhǔn)確地估計(jì)浮游生物的體積和生物量分布。MultiNet/ZooSCAN在分類(lèi)分辨率上具有優(yōu)勢(shì)，而UVP5在捕捉脆弱生物體方面表現(xiàn)更好。兩種方法的結(jié)合為研究浮游生物生態(tài)系統(tǒng)功能提供了更完整的數(shù)據(jù)集。
展望未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，UVP、MultiNet與ZooSCAN將在浮游生物研究中發(fā)揮更加重要的作用。它們將幫助我們更深入地了解海洋生態(tài)系統(tǒng)的奧秘，為保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境、應(yīng)對(duì)全球氣候變化等挑戰(zhàn)提供強(qiáng)有力的支持！
參考文獻(xiàn)
1. Soviadan Y D, Dugenne M, Drago L, et al. Combining in situ and ex situ plankton image data to reconstruct zooplankton (> 1 mm) volume and mass distribution in the global ocean[J]. Journal of Plankton Research, 2024, 46(5)： 461-474.
