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今年六月，世界海洋溫度達到 17 攝氏度，這是自 19 世紀開始記錄這些資料以來的最高平均溫度。一項新的實驗表明，這些較為溫暖的水域可能意味著海洋食物鏈的重大變化。
加州大學聖巴巴拉分校國家生態分析與綜合中心的海洋生態學家瑪麗·奧康納及其在北卡羅來納大學教堂山分校的同事們，在北卡羅來納州海岸的博格灣河口，建立了五個四升的“微觀世界”，其中充滿了微生物。在去年春季的八天時間裡，科學家們將這些微觀世界暴露在不同程度的升溫和營養水平下，以模擬風暴流入河口的情況。
理論上，增加的營養物質和溫度應該會促進被稱為浮游植物的微小漂流植物的生長——正如世界各地許多河流的入海口處形成的季節性死亡區所證明的那樣，當這些微小植物大量繁殖、死亡並在腐爛時，會吸走海水中所有可用的氧氣。但研究人員發現，溫度升高，儘管最初促進了浮游植物的生長，但也增加了浮游動物（微小的動物）和細菌的攝食，這是根據今天發表在《PLoS Biology》上的結果得出的。
奧康納解釋說：“隨著溫度的升高，浮游動物的生長速度開始快於浮游植物。”“浮游動物更加豐富且生長更快，並且能夠在較溫暖的水域中吃掉所有的浮游植物。這在食物鏈中造成了一個瓶頸，可能會對海洋食物網產生重大影響。”
這不僅意味著周圍的浮游植物減少了，從而減少了對二氧化碳的吸收，而且還可能意味著其他食草動物的食物減少了。但這並不一定意味著浮游動物會把自己吃死；其他研究表明，植物（生產者）少於動物（消費者）的食物網至少可持續五年。而在食物鏈的更高層次，正是浮游動物，如磷蝦，被從魚類到鯨魚的海洋生物所吞食。
然而，增加浮游動物的數量意味著海洋生物的總體質量下降：這些微小的動物在新陳代謝中燃燒掉它們所消耗的 90% 的浮游植物，只吸收 10%。奧康納報告說，總而言之，隨著水溫升高 6 攝氏度，最溫暖的微觀世界中的總生物量減少了 50%。
然而，這種效應只在營養豐富的地區存在。在營養物質氮和磷保持低水平的實驗微觀世界中，這些限制決定了動植物的相對丰度。其他因素——海洋酸度或鹽度——也可能發揮重要作用。奧康納說：“溫度對浮游動物和食物鏈中更高層次的消費者的最終影響將取決於影響資源可用性的其他海洋條件。”
這可能意味著像北冰洋等地的營養豐富的水域將開始看到這種食物鏈的轉變，因為海洋持續變暖，魚類數量也會相應增加。“我們的實驗和當前的理論表明，營養豐富地區的升溫應該會增加魚類的數量，”奧康納說。“我認為我們可以弄清楚氣候變化如何以及在哪裡可能導致魚類生產力提高，以及在哪裡可能降低魚類生產力。”
但是，俄勒岡州立大學的浮游植物生態學家邁克爾·貝倫菲爾德說，即使在北極，通常也存在營養限制。“這是一個非常有趣的想法，”他說。但是魚類捕撈量的增加“可能有點過頭了。還有其他因素需要考慮。”
例如，他自己對北大西洋浮游植物的衛星影像研究表明，繁殖期從冬季開始，這是由於深層、營養豐富的水湧到地表的結果。升溫正在減少這種上升流，從而減少營養物質的供應。“我們看到繁殖減少，”貝倫菲爾德說。“我們能用 [四升] 微觀世界在多大程度上推斷到自然系統，尤其是更長時間尺度的自然系統？”
儘管如此，該實驗為了解氣候變化如何改變海洋食物鏈提供了一個視窗。“在全球範圍內，海水正在變暖，並將持續變暖幾度，”奧康納說。“通過了解溫度在這些理想條件下的影響，我們可以開始將此模型應用於自然系統。”