愈發(fā)溫暖的海洋，是第六次物種大滅絕的溫床
隨著溫室氣體排放繼續(xù)使得海洋變暖，海洋生物多樣性可能會在未來幾個世紀內(nèi)喪失，達到恐龍滅絕以來從未有過的水平 | 圖源：pixabay.com
逐漸暖化且缺氧的海水考驗著海洋物種的生存能力，并驅使其向兩極移動，引發(fā)海洋物種、特別是極地物種的滅絕危機。
今年4月發(fā)表于《科學》雜志的研究中，研究者模擬了二疊紀末期物種滅絕風險與氣候變化之間的關系，并得到化石記錄數(shù)據(jù)的驗證；研究將該模型遷移到當下環(huán)境，量化分析了不同二氧化碳排放情景下，未來全球和局地海洋生物的滅絕風險。
結果表明：如果人類不能迅速且有效地控制溫室氣體排放，海洋生物多樣性的喪失速度還將加快，威脅程度甚至逼近歷史上幾次大滅絕事件。
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每一次物種大滅絕，背后都像是有一個程序員在給地球調(diào)參，對著地球生態(tài)系統(tǒng)左調(diào)右控，這里地個震、那邊發(fā)個火，不定期再掉兩塊石頭，在漫長的地質(zhì)尺度下雕刻著這個星球的溫度與脾氣。前五次物種大滅絕中，各物種相繼涌現(xiàn)又漸次退場，三葉蟲、奇蝦、恐龍，以及現(xiàn)正當年的哺乳動物，你方唱罷我登場。
然而，化石能源帶來的排放改變了一些至為關鍵的參數(shù)，地球的快速升溫威脅著包括海洋生物在內(nèi)的大量物種及其生態(tài)系統(tǒng)。4月29日，《科學》雜志刊登了美國普林斯頓大學和華盛頓大學 Justin Penn 和 Curtis Deutsch 的研究成果 [1]。該團隊采用考慮了不同海洋物種的生理耐受限度、利用化石記錄數(shù)據(jù)進行了驗證、能夠預測二疊紀末期（距今2.52億年前）的物種滅絕風險與物種緯度分布的生理生態(tài)模型，量化計算了不同二氧化碳排放情景下的全球和局地海洋滅絕風險。量化評估發(fā)現(xiàn)，如果化石能源的使用繼續(xù)快速增長，大約三分之一的海洋動物可能在300年內(nèi)滅絕，物種減少的規(guī)模與地球過去的五次大滅絕相當。
這項新的研究建立在兩位作者早期工作 [2] 的基礎上。他們創(chuàng)建了一個地球模擬系統(tǒng)模型，詳細描述了二疊紀末期地球歷史上最嚴重的海洋大滅絕。這次滅絕奪走了海洋中90%以上的物種，該模型發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的上升和海洋動物新陳代謝的加快，逐漸變暖的海水無法容納足夠的氧氣維系動物生存。而化石記錄作為歷史數(shù)據(jù)支撐，也直接而有力佐證了這一模型的穩(wěn)定性和準確性 [3]。
該研究表明，在二氧化碳低排放情景下，到本世紀末，若全球暖增幅度控制在約1.9攝氏度以內(nèi)，物種損失將保持和當前相近的狀態(tài)（圖2和3，藍色線）。換句話說，若巴黎協(xié)定的2攝氏度溫控目標得以實現(xiàn)，物種滅絕的風險將減少70%以上，5000萬年進化史積累的海洋物種多樣性資源將得到有效保存。
而在二氧化碳高排放情景下，到2100年，增暖幅度達到約4.9攝氏度，并在未來三個世紀內(nèi)進一步攀升至10-18攝氏度，物種損失數(shù)量顯著提高（圖2和3，紅色線）。氣候變化將以意想不到的方式對海洋生態(tài)系統(tǒng)重新洗牌，海洋升溫和缺氧兩者造成的物種損失在一個世紀內(nèi)就能與目前人類活動（例如過度捕撈和污染）的直接影響強度相匹敵，并最終造成與此前五次大滅絕規(guī)模相當?shù)奈锓N大滅絕。
研究還證實，相較低緯度地區(qū)，極地物種面臨著更高的滅絕風險。按照人類目前的溫室氣體排放，夏季海冰最早可能在2035年完全消失；而極地的氣候放大效應，使得極地海洋升溫更加顯著，北極的變暖速率可能是世界上其他地區(qū)的四倍 [5]。根據(jù)2020年世界氣象組織的報告，西伯利亞熱浪席卷遠東地區(qū)，俄羅斯有關北極圈以北地區(qū)溫度創(chuàng)下新高，韋爾霍揚斯克鎮(zhèn)甚至達到空前的38攝氏度 [6]。
低緯度地區(qū)物種滅絕率較低，但物種豐富度相較極地下降得更為顯著。低緯度地區(qū)原本的生物量更高、生物多樣性也更豐富，此外，物種可以向高緯度地區(qū)遷徙，有滅絕可能性的物種比例因而不如極地明顯和劇烈。但因其本身基數(shù)大，且遷徙后本地消亡，凈數(shù)量上仍然有較大影響。
愈發(fā)溫暖的海洋迫使物種向更寒冷的高緯度海域遷移，而原本適應極地寒冷氣候的海洋物種，沒有更冷的地方可以遷徙，極地的部分生態(tài)位還會被從低緯度地區(qū)躲避變暖的遷徙物種占據(jù)。深層海水的溫度更低，但壓強也會隨深度遞增，食物豐度也愈發(fā)降低，因此，海洋更深處也難以找尋到合適的棲息地支撐龐大的種群。羅格斯大學的一項研究 [7] 認為，全球變暖導致的海洋增溫會導致未來可捕獲的高產(chǎn)魚種明顯減少，例如200年后，北大西洋沿岸依賴鱈魚的漁民捕獲難度會顯著增加。
令情況雪上加霜的是，物種代謝率會隨水溫升高而增加，因此需要更多的氧氣來完成呼吸等身體功能。然而，海洋中的氧含量只有大氣中的六十分之一，溫暖的海水溶解氧含量更低，海水循環(huán)也更加緩慢，隨著全球溫升，這個濃度甚至可能進一步下降，增加海洋生物的生存困境。
作者之一的Deutsch形容這一現(xiàn)象為海面下的通貨膨脹：“想象一下，通貨膨脹、物價上漲的同時，你的薪水卻下降了；海洋能提供的氧氣更少了，盡管它們比以往更被需要?！?nbsp;[8]
事實上，海水溫度與含氧量之間的關系是廣泛而深遠的。表層海水（即水深50米以上的海水）直接接觸空氣，由于風浪的攪拌作用、垂直對流作用和生物的光合作用，含氧量達到最大值。自表層之下，由于有機體和生物殘骸氧化分解消耗氧氣，光線不足，光合作用減弱，含氧量隨深度持續(xù)降低，通常在300-1000米處達到極小值 [9]（此深度隨海區(qū)而有所不同，比如大陸架海區(qū)就受陸地影響較大）。
由于表面溫暖的富氧水體更輕，難以與深層較冷、含氧量較低的水體上下混合，從而導致海洋水體分層，同時形成含氧量極低的水體區(qū)域。在過去的15年左右，海水溫度持續(xù)升高，原本含氧量就不高的深海區(qū)進一步脫氧，海洋中的低氧區(qū)迅速擴大，一些海洋生物的生活區(qū)域也被迫隨之改變。例如，原本在海面以下200米深處覓食的深海潛游者，金槍魚和劍魚，如今也經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)浮出海面 [10]。
麥吉爾大學人類和地球系統(tǒng)動力學的教授 Eric Galbraith 認為：“該研究基于一個成熟的模型，其結論建立了一些簡單但是可靠的相關關系。人類當下的所做作為將決定我們是否會再次陷入大滅絕” [8]。羅格斯大學生物學家 Malin Pinsky 在接受媒體采訪時也提及，“如果我們漫不經(jīng)心，人類會走向一個相當可怕的未來，而這項研究則是警鐘” [11]。
這并非警鐘第一次敲響。
1980年代，熱浪席卷太平洋地區(qū)，一種叫做加拉帕戈斯少女（Galapagos damsel）的小型銀色魚類從中美洲和南美洲的水域中滅絕 [12]。2017年2月下旬，烏拉圭巴西沿海的一次極端高溫，導致貝類和魚類的大規(guī)模死亡，當?shù)貪O獲大量減少，而熱浪引起的藻類爆發(fā)迫使當局緊急關閉了海灘 [13]。2021年7月，日本海北部和北海道東南部海面溫度比往年正常溫度高出2至4攝氏度，作為日本最大的漁場，北海道漁民稱，秋刀魚漁獲量比10年前少九成，飛魷魚減少了八成，三文魚減少了六成 [14]。
有研究者追蹤了119種東北大西洋和72種地中海鯊魚和鰩魚的滅絕風險。從1980年到2015年，在東北大西洋，受威脅物種的比例從29%上升到41%，在地中海，這一比例則從47%上升到65%，研究者將氣候變化列為生物多樣性惡化的重要因素之一 [15]。而聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的最新評估包含了一個題為 “大堡礁危機” 的部分 [16]，報告稱，正在死亡的造礁珊瑚是物種被推到溫度極限之外的突出例子，珊瑚白化日益頻繁和嚴重。
氣候變化對海洋的影響從來都不是單一的，它更像是一種復合影響，海水變暖、海洋酸化、海平面上升、冰層融化、洋流變化、海水缺氧、食物鏈崩潰，等等 [17]；再加上人類活動，如過度捕撈、海上運輸、沿岸都市的發(fā)展和污染，可能與氣候變化一起，造成連帶效應。
人類活動對海洋生物的威脅是多方面的，與之相對應，減緩海洋生物滅絕壓力的工具箱里工具也不少：減少化石能源的燃燒，減緩溫室氣體排放；推動國際談判，探索超大型公海海洋保護區(qū)的建設；強化非法、未報告及未受規(guī)范的漁業(yè)管理，對資源管理能力弱的國家予以支持；避免出現(xiàn)計劃外的過度捕撈現(xiàn)象，減少有害漁業(yè)補貼；避免使用難降解與易丟棄的網(wǎng)具，減少因網(wǎng)具纏繞、兼捕造成無謂的物種犧牲。
兩位作者起初為他們的研究起了一個簡單的標題，氣候變暖帶來的海洋生物滅絕風險。在投稿之前，他們最終決定添加一個詞，一個非常重要的詞—— “避免”。Deutsch接受媒體采訪時說，他們希望能夠強調(diào)，這項研究的重點不是帶來生態(tài)危機將至的恐慌和焦慮，恰恰相反，雖然描述的結果嚴峻，但最壞的結果仍然可以通過積極的行動得以避免 [3]。
丁雨田，東京大學新領域創(chuàng)成科學研究科，博士在讀。
