控制海洋生物的幕后力量

溫言

海洋是一座蘊(yùn)含各種元素的大寶藏。其中有些元素很豐富，比如使海水變咸的鈉和氯，而另一些的含量則微不足道，但卻有著不容小覷的作用：有鐵的地方生命茁壯成長；汞有致死的能力；硒含量的高低關(guān)系著物種是豐富多樣還是面臨滅絕……

就像看不見的木偶大師一樣，這些微量元素牽制著海洋生物，既可以賦予其生命也可以將其扼殺，然而我們卻很難追蹤它們的痕跡。不過，總有人在堅持，一個新的國際科學(xué)研究計劃———“海洋中痕量元素及其同位素的地球化學(xué)研究”（GEOTRACES）是旨在測量出海洋中微量元素的變化的全球合作項目。這個項目揭示了微量元素從何而來，以及它們?nèi)绾慰刂浦Ｑ笊鷳B(tài)系統(tǒng)。

浮游生物的鐵肥料

即使是在富含鐵的區(qū)域，每立方米海水中也僅有30微克的鐵。鐵元素在人體中有造血功能，參與了各種蛋白質(zhì)的合成，促進(jìn)生長。鐵對于海洋生物同樣也很重要，尤其是浮游生物，若是沒有鐵則無法合成葉綠素，進(jìn)而影響光合作用，此外鐵還影響著它們對氮和磷的營養(yǎng)鹽的吸收。

那么，對海洋如此重要的鐵來自哪里？其天然來源是陸地巖石風(fēng)化后，通過氣流和江河帶入海中。此外，在對大西洋、太平洋、南北極和北冰洋的巡航測試中發(fā)現(xiàn)，深海熱液噴口也向海水中注入了大量的鐵元素。不過鐵元素在海洋中的分布很不均勻，會隨著時間的流逝形成沉積物而漸漸沉入海底，所以有些地區(qū)的海洋表層極其缺鐵。

而有些科學(xué)家把海洋當(dāng)成是溫室氣體的處理廠，寄希望于能夠通過浮游生物的光合作用，把自工業(yè)時代以來排放的大量二氧化碳吸收掉。由于有些海洋表層缺鐵，所以他們建議應(yīng)該給海洋施點“鐵肥”，以促進(jìn)浮游生物的生長來遏制全球變暖。當(dāng)然，這種往海水中播種鐵的方式是否能夠起作用，目前還處于驗證階段，相關(guān)的爭論也比較多。

太多也不好的氮

氮和磷是植物生長所必需的元素，沒有氮，生物就無法制造蛋白質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)，氮的含量影響著海洋生物的數(shù)量。

在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，人們往土壤中添加了各種氮肥和磷肥，以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。但我們付出的代價是，大量的氮和磷從農(nóng)田流入河流和海洋。我們所知道的是，海洋中的氮和磷過多會造成富營養(yǎng)化，引發(fā)藻類爆炸式生長，過多的藻類瘋狂消耗海水里的氧氣后足以使其他生物沒了呼吸的空間，形成所謂的海洋死區(qū)。

另一方面，海洋中氮含量的提高和氣候變化之間會相互影響，形成惡性循環(huán)。從農(nóng)業(yè)土壤中流失形成的富含氮的水，會進(jìn)一步形成一氧化二氮，逸散到大氣中。一氧化二氮也是一種溫室氣體，同時還是破壞臭氧的罪魁禍?zhǔn)字弧４髿庵腥种坏囊谎趸獊碜杂诤Ｑ螅梢姾Ｑ笾须[藏的微量元素可以影響全球的生命。而大氣中氮含量增多后，隨著降雨也會將更多的氮又送回海洋，加劇富營養(yǎng)化。

物種多少硒說了算

硒元素對大多數(shù)生物來說都是必不可少的，包括我們?nèi)祟悺Ｎ覀儚母鞣N各樣的食物中獲取它，然后它會參與某些蛋白質(zhì)的合成，起到調(diào)節(jié)激素水平、清除毒素和支持神經(jīng)系統(tǒng)工作等作用。海洋中硒元素的含量必須維持在一個恰當(dāng)?shù)臐舛确秶拍苓m合生物生存。甚至有研究認(rèn)為，在5億年前，當(dāng)大多數(shù)動物群首次出現(xiàn)在地球上時，它還推動了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。

但在高濃度的情況下，它可能是有毒的。自然界中的多種礦物中都有硒元素的存在，硒可以從被侵蝕的巖石中釋放出來，并被帶入海洋。硒在生活中也有廣泛的應(yīng)用，如復(fù)印機(jī)的硒鼓、動物飼料添加劑和植物殺蟲劑等。因此人類活動也產(chǎn)生了大量的硒化物，相關(guān)行業(yè)的大型工廠也產(chǎn)生大量含有硒的廢水，這些廢物廢水排放到生態(tài)系統(tǒng)中，會對生物產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致出現(xiàn)了很多畸形的魚類和其他動物。

硒的含量必須維持在一個微妙的平衡中，如果偏低也會引起嚴(yán)重的后果。硒含量偏低至少與三次的地球生物大規(guī)模滅絕有關(guān)。在奧陶紀(jì)、泥盆紀(jì)和三疊紀(jì)末期，當(dāng)這三個至今仍是未解之謎的物種大滅絕發(fā)生時，海洋中的硒含量下降了兩個數(shù)量級，比現(xiàn)在的水平低了很多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于維持動物生命所需的水平。

珍愛生命，遠(yuǎn)離汞和鉛

汞在細(xì)胞內(nèi)不僅不會起到什么有益的功能，反而對生物的神經(jīng)系統(tǒng)有害。一旦它在海洋中濃度接近毒性水平，就會在水生生物中形成甲基汞，引發(fā)動物大腦損傷、新生個體畸形和繁殖率降低等后果。

像汞一樣，鉛也會在食物鏈中累積。它被浮游生物吸收，然后進(jìn)入食草動物和食肉動物的體內(nèi)，不斷富集，最終對食物鏈頂端的動物———人類，也產(chǎn)生毒害作用。它會擾亂酶和細(xì)胞的功能，對心臟和腎臟都是有害的，還會對大腦造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。

最近，科學(xué)家研究了全球范圍內(nèi)1850年至2010年期間累計汞的排放量，顯示僅由于人類活動就釋放了150萬噸的汞，比起天然來源的汞，人為因素引入的要高出78倍。鉛也是如此，海洋中幾乎所有的鉛都來自人類活動。

一旦汞被釋放到環(huán)境中，它就會在幾百年甚至上千年的時間里反復(fù)影響著周圍的生物。由于汞的危害性很大，128個國家已經(jīng)簽署了水俁公約，要求締約國至2020年，全面淘汰體溫計、血壓計和紐扣電池等含汞產(chǎn)品，使用無汞替代品以遏制汞污染。對于鉛，許多國家也做出了相應(yīng)的努力且頗見成效。自上世紀(jì)90年代和本世紀(jì)初，美國、歐洲各國、加拿大和墨西哥禁止使用含鉛汽油以來，北大西洋的鉛含量已經(jīng)減少了一個90%。

無功無過的釹

海洋中還有一些微量元素既不是營養(yǎng)素也不是毒素。而科學(xué)家之所以對它們感興趣是因為借助它們我們能研究其他微量元素。例如，稀土元素釹可以幫助我們追蹤其他元素曾經(jīng)走過的路。

研究表明，巖石中釹同位素的組成可以推測巖石形成的年代。巖石越年輕，釹的兩種同位素釹-143與釹-144的比例就越高，根據(jù)這個我們可以推測出世界各地的巖石年齡。這意味著，當(dāng)研究人員在海洋沉積物中發(fā)現(xiàn)釹時，他們可以推測出沉積物所屬的年代，進(jìn)一步推測出其可能來自何方。由于微量元素與其他元素經(jīng)常一起旅行，釹就可以幫助科學(xué)家確定其他元素的可能來源，比如鐵。