2015-01-13

大海不光有著豐富的魚蝦，還有數量極多的小型和微型生物資源，更好地研究這些生物，對我們未來的生活有著非常大的影響。通過對中國科學院海洋研究所研究員孫曉霞的采訪，讓我們走近了海洋的微觀世界。為了讓祖國的大海更美麗，她帶領團隊，以忘我的工作精神，為我國的海洋浮游生物研究做出了突出貢獻。

青島為什么成了草原

美麗的海濱城市青島，著名的匯泉灣，面朝大海的一個大院，就是中國科學院海洋研究所，這就是孫曉霞工作的地方。談起為什么來到中科院工作，孫曉霞說，中科院海洋研究所是從事海洋科學基礎研究與應用基礎研究、高新技術研發的綜合性海洋科研機構，是中國科學院博士研究生重點培養基地。研究所面向國家需求和國際海洋科學前沿，開展了許多開創性和奠基性工作，直接推動了我國海洋科學研究事業的發展。在這里工作是一種當之無愧的榮耀。

孫曉霞選擇青島的另外一個原因，是因為喜歡這里的海。孫曉霞出生在威海，在海邊長大的孩子，對大海有著特殊的感情。所以，當她考上中國海洋大學生命學院，來到青島這座濱海城市的時候，立刻喜歡上了這里。畢業后，出于對這座城市的愛，她又努力考取了中科院海洋研究所的研究生。在這里，她可以更加接近美麗的大海，也實現了天天與大海打交道的夢想。

可是，不知是從什么時候開始，赤潮、滸苔、水母等成了人們關注的話題。孫曉霞生活多年的青島，也遇到了這個問題。近年來，由于全球氣候變化、人類活動加劇等原因，造成海洋生態災害頻頻爆發。特別是近兩年來，到青島去看草原成了網絡上的一個時髦的調侃，使人們更加感覺到面對海洋生態惡化的無奈。

頻繁爆發的海洋生態危機，把人們關注的目光吸引到了海洋浮游生物的身上。海洋里需要保護的，不光是像小山一樣巨大的座頭鯨，還有人們肉眼看不到的浮游生物。浮游生物是海洋生物鏈的基礎，它的數量和種類的平衡對于生態系統有著至關重要的作用。無論是過多還是過少，都會對海洋生態產生災難性的后果，進而威脅到人類的生活。孫曉霞說，海洋生態系統如同人體，人們所感受到的更多是其表觀的變化，如災害的發生，而其內部的變化我們經常難以察覺，例如海洋生物多樣性的變化、生物種類的替代、生物分布格局的變化等等。因此，近海生態系統變動的根本原因我們并不完全清楚，其未來的發展趨勢亦很難預測，如何更好地應對上述問題，需要從生態系統結構與功能的變化、基礎生產力的變動趨勢以及生態系統對氣候變化和人類活動的響應機制等方面進行深入細致的研究，探尋其內在的變化機制。

制造危機的浮游生物

近海生態危機的出現，很多人都把浮游生物當作了威脅。其實，制造危機的浮游生物，是人們生活中不可缺少的。關鍵在于人們是否了解浮游生物，是否能夠科學地利用，是否能夠約束人類的活動，避免浮游生物的爆發性生長，使其更好地造福于人類。從這個角度講，其研究對漁業生產和海洋科學基礎理論都有重要意義。孫曉霞的專業是海洋浮游生物研究。她說，浮游生物種多、量大，是海洋生物的主要成員，是海洋食物鏈中的重要環節，是海洋經濟魚類的餌料基礎，掌握浮游生物的變化規律，可以為我國漁業的發展提供數據基礎。如海洋捕撈業中，某些浮游生物的數量分布變化可提示魚類（如鯡形魚類）索餌洄游的路線，有助于尋找漁場、確定漁期；在海水養殖業中，對于浮游生物的培育可以解決水產養殖的餌料問題；更何況，有的浮游生物種類本身就是漁業資源，如海蜇、毛蝦和磷蝦，用這些浮游生物加工制作的水產品，成為豐富人們餐桌的佳肴，有著豐富的營養價值；有些浮游生物對環境的污染物具有凈化和富集的能力，會發展成為重要的化工原料。人們現在已經發明了培育微藻的技術，不僅可以提取生物柴油的技術，還可以制做出化妝品、保健品等非常多的品種。

孫曉霞說，浮游生物是一座極其豐富的寶藏，是全球海洋生物多樣性的基礎。但是，浮游生物的暴發性繁殖對環境的影響也是非常大的。如水母是我們常見的浮游生物，海蜇等水母也是人們餐桌上常見的美味。但是，災害性水母的爆發性繁殖，卻會帶來危害。水母在大量獵殺和攝食浮游動物以及魚類的卵和幼體，給其他海洋生物的生存帶來威脅。其實，造成有害赤潮、水母暴發等等這些生態災害的始作俑者，是人類自身，或者說，不是浮游生物的爆發傷害了人類，而是人類的活動傷害了浮游生物的平淡生活。而且這種傷害遠遠沒有結束。其惡性后果，也遠遠不止赤潮和水母暴發那么簡單。

在孫曉霞看來，浮游生物是海洋生態系統中極為重要的類群，是海洋食物網的基礎和關鍵組成部分。浮游生物的種類組成和數量變動會引起整個海洋生態系統結構與功能的改變。深入進行浮游生物的觀測與研究是探究海洋生態系統變化的基礎。

讀懂大海的深刻內涵

湛藍的海水，美麗的魚群，徐徐的海風，潔白的浪花，這只是游客眼里看到的大海的外表，成千上萬種浮游生物，則是外表背后的深沉的內涵。孫曉霞和她的團隊，就是努力讀懂大海內涵的人。

孫曉霞說，我們所居住的星球，有百分之七十覆蓋著海水。在陸地開發的空間越來越小的今天，更多的人把目光投向了廣闊的海洋。也因此有人說，21世紀是海洋的世紀。海洋將是21世紀的藥庫，也將是未來的糧倉。

阿拉丁能控制巨大的神靈，是因為他擁有神燈；阿里巴巴能打開裝滿珠寶的山洞，是因為他知道芝麻開門的咒語。

孫曉霞和她的年輕的團隊，就是在努力尋找打開海洋未來寶庫的芝麻開門的咒語。

膠州灣是我國近海生態系統的代表性海域之一，也是揭示近海生態系統演變規律的理想場所。孫曉霞所在的膠州灣站對這里開展了長期的觀測和研究，獲得了極為寶貴的長期觀測資料。與人們的想象不同，在多重壓力的脅迫下，生物多樣性并沒有降低，但生物的種類組成發生了很大的變化，與90年代相比，2000年之后甲藻類浮游植物、水母等膠質類浮游動物的種類和數量增加顯著，而可以作為魚類餌料的餌料性浮游動物的數量和比例都明顯降低。這種變化通過食物網的級聯效應，會對生態系統等產生重大影響。赤潮、水母等海洋生態災害的暴發正是海洋生態系統演變的一種體現。

在中科院重要方向群項目的支持下，孫曉霞及其團隊進一步開展了黃東海典型海域基礎生產力格局及浮游生態系統變動趨勢研究。他們發現近20余年來黃東海基礎生產力分布格局、浮游生物種類組成同樣發生較大變化。與八九十年代相比，黃海、長江口等典型區域的初級生產力總體表現為升高的現象，這一現象與全球中低緯度初級生產力呈現下降趨勢并不一致。

海洋是多變而復雜的，驅動我國海洋生態系統變化的內在原因是什么？除了人類活動的影響外，鄰近大洋是否會對近海產生影響？因此，近海生態系統的問題不能僅僅從近海解決。在近海生態系統演變研究基礎上，孫曉霞將研究范圍進一步向外海拓展。

2013年，孫曉霞承擔了中國科學院戰略性先導科技專項“熱帶西太平洋海洋系統物質能量交換及其影響”的子課題，其內容是“熱帶西太平洋典型區域生物多樣性與生物生產過程”。通過研究熱帶西太平洋，特別是暖池區、黑潮源區浮游生物群落結構特征，并通過與近海生態系統的比較研究，研究該區域對我國近海生態系統的影響。

2013年7月，孫曉霞又承擔了國家重點基礎研究發展計劃（“973”計劃）“南海陸坡生態系統動力學與生物資源的可持續利用”的“陸坡浮游生物群落分布及功能”課題。通過研究陸坡區初級生產力結構、浮游植物和浮游動物的群落結構特征及與關鍵物理過程和生物地球化學循環過程之間的關系，揭示陸坡區浮游生物高生產力的機理，探索浮游動物功能群與中層魚變動之間的關聯。孫曉霞自信地說，這個課題如果按期完成，可以使我國陸坡浮游生態系統研究團隊水平進入國際先進行列。

注重創新的工作團隊

浮游生物的研究，并不像海邊撿貝殼那樣浪漫，也不是駕船出海那樣怡情，而是一個真正的力氣活，而且需要團隊的分工合作，密切配合才能完成。同時，海洋浮游生物研究也是一個年輕的領域，更需要工作上的創新與探索。

說起創新，孫曉霞說，對海洋浮游生物的研究，自1887年德國人亨森（V. Hensen）創用了“浮游生物”一詞開始算起，迄今不過100多年歷史，與擁有幾百年甚至上千年研究史的數學、物理、化學等其他學科相比，無論是從理論的厚度，數據的豐富度，還是研究技術的先進度，都有很大的提高空間。這更需要研究者以創新的精神去迎接種種挑戰。

同時，浮游生物種類繁多，結構復雜。個體小的，須在顯微鏡下才能看清其構造，個體大的，如有的水母最大直徑可達2米。如何快速對這些五花八門的生物進行采集、分類、研究、分析，也需要創新技術手段。

長期以來，浮游生物的觀測仍然主要使用浮游生物網具進行樣品采集并進行人工鏡檢分類計數，由于浮游生物的樣品鑒定耗時、費力，一方面導致數據獲取滯后，難以快速開展大尺度、長時間序列的浮游生物群落結構研究；另一方面，難以獲得不同類群浮游生物大小、生物量等特征數據。如何提高分析效率，實現浮游生物觀測的半自動化乃至自動化，從而在短時間內獲取數據，以便對生態系統狀況作出快速的判斷，是孫曉霞經常思考的問題。

成功來自于實干，創新也來源于于實踐。自2008年起，孫曉霞與法國、英國等實驗室開展合作，開展基于浮游生物圖像技術的新技術與方法研究。以此為基礎，孫曉霞及其團隊建立了我國近海浮游生物圖像數據庫并進行性能驗證。對于黃東海浮游生物的優勢類群，圖像識別準確率可以達到90%以上。通過圖像自動識別技術，樣品分析效率大大提高。但僅僅知道數量的多少還不夠。這就像一只螞蟻和一頭大象，論數量都是一個，但重量的差異之大可想而知。對于浮游生物也是如此。最為科學的方法是使用碳的含量來表征。如何能夠快速獲得不同浮游生物類群生物量或者碳、氮含量的數據？通過儀器直接測定，無論從成本還是從人力上都是不可行的。為了解決這一問題，孫曉霞及其團隊進一步開展了圖像識別方法在我國近海浮游生物體積變動及生物量研究中的應用，實現了浮游生物生物量及碳氮含量的自動化估算，為我國近海浮游生物重要類群生物量的快速獲取提供了重要的手段。

正是這種苦干加巧干的團隊工作精神，使他們獲得了豐碩的成果。由于工作業績突出，2014年，孫曉霞被授予“中國生態系統研究網絡科技貢獻獎”。

       來源： 科學中國人 2015年第1期   封底人物