大自然的奇迹每天都在发生：海洋动物的迁徙塑造了我们的星球

每天晚上，当太阳落入地平线后，一股生命的浪潮从深处升起。其中有比米粒还小的甲壳类动物、透明的水母、血红色的鱿鱼，以及在黑暗中发光的巨大灯笼鱼群。

它们来自寒冷的深海，对浮游生物极为贪婪。而且它们的日程安排很紧，因为当阳光重新照耀在海面上时，所有这些生物都必须再次回到黑暗中，以避免被白天在海上巡航的掠食者吞噬。

这种光明与黑暗、温暖与寒冷、捕食者与猎物之间的舞蹈被称为昼夜垂直迁徙（DVM）。这被认为是地球上最大规模的动物运动。无论是塞伦盖蒂大草原上的角马、穿越北美大陆的帝王蝶迁徙，还是穿越南极洲的企鹅，没有什么能与全球每天激增的海洋生物迁徙相比。

当然，大多数人对这种迁移知之甚少，尽管DVM 在封存深海碳和使我们吃的鱼增肥方面发挥着巨大作用。

“当你想到生活在公海的动物时，它可能正在经历某种……形式的垂直迁移。”

尽管海洋生物昼夜垂直迁移模型的细节可能很复杂，并且因物种和地点而异，但桡足类动物可能仅移动几米，而凝胶状海鞘可能移动近千米。然而，这种迁徙的基础似乎相当简单，主要是关于阳光和食物。

一整天，太阳光线都为海洋最上层的微小藻类—— 浮游植物—— 提供能量基础。这些生物虽然很小，但数量众多，构成了食物链的基础。它们支持着无数的生命形式，从几毫米长的螃蟹幼虫到汽车大小的鲸鲨。问题是，为了进行维持生命的光合作用，浮游植物必须停留在海洋表面200米深度以内，因为那是阳光可以穿透的最远距离。

“如果你考虑一下海洋的整个深度，就会发现进行光合作用的这一层就像苹果皮一样。它非常薄，”丽贝卡·赫尔姆说。 “因此，为了利用这个丰富的区域，海洋生物必须迁徙来收集所有食物。”

很难直观地了解到底有多少动物参与了这种日常迁徙，但可以这样想。第二次世界大战期间，当科学家首次尝试使用水下声纳探测德国潜艇时，海军的回声测深仪始终显示出水面以下约120 至180 米之间的“固体层”。起初，科学家得出结论，声纳探测到了海底。

但问题是，这个“海床”在不断移动，晚上变浅，白天变深。随着时间的推移，科学家们发现他们看到的是“假海底”，这是一个由大群紧密排列的虾、鱿鱼和管水母组成的致密“固体层”。

回声探测图像在加拿大不列颠哥伦比亚省萨尼奇湾拍摄。磷虾是类似虾的小甲壳类动物，其种群形成一层厚厚的层，几乎看起来像坚固的海底

更重要的是，科学家发现这些生命的聚集是如此规律且可预测。最终，声纳研究人员将其称为“深海散射层”，这是一个散射或反射声波的密集生命水平区域。这个散射层非常厚，以至于对于敌方潜艇是否可以隐藏在其中仍然存在一些争议。

“很多科学研究都是由这些军事人员推动的，他们会说，‘我们必须弄清楚到底发生了什么！’”丽贝卡·赫尔姆说。 “如果不是参与这些水下战争的人们，我们可能不知道这个奇怪的神秘层是什么。”

当然，自二战以来，科学家们对海洋有了很多了解，每一项新发现都描绘了一幅更加复杂的海洋生物图景。例如，虽然昼夜垂直迁移主要是一种生物现象，但它也受到物理学的影响。

英国普利茅斯大学物理海洋学家菲利普·霍斯古德表示，浮游植物进行光合作用的最大深度取决于水体透明度等因素。水的透明度由一系列其他变量决定，例如水温、风速、潮汐、洋流、盐度和光线。 “海洋是一个三维空间，”霍斯古德说。 “当然，实际上，它是四维的，因为它不仅水平和垂直变化，而且随着时间的推移而变化。”

如果您了解流体动力学，您可以更好地了解微小生物体移动的距离。水獭、章鱼甚至人类都可以在相对较小的阻力下在水中滑行，但生物体越小，就越难克服水的天然粘性（这就是为什么蚂蚁被困在水面而我们可以自由游泳的原因）在游泳池中）游泳的原因，这一切都归结于雷诺数的差异）。对于颗粒大小的浮游动物来说，在水中游泳就像人在糖蜜中划船一样。而这些生物每天都要在一百多米的水中来回跋涉！

尽管浮游生物生长的地方都会发生某种形式的昼夜垂直迁移，但仍然存在许多谜团。例如，许多动物进行反向昼夜垂直迁徙，即白天迁移到有阳光的地方，晚上则离开水面。即使在一个物种内，迁徙行为也可能因地点而异。

美国斯坦福大学鲨鱼研究员Sammy Andrzejaczek在2019年联合发表了一篇关于大型鱼类垂直运动的综述。“珊瑚礁鬼蝠鲼可以进行正常的昼夜垂直迁徙，比如在查戈斯群岛等地，白天游得更深，晚上游得更浅，”他说。 “但在某些地区，它们的行为却相反。例如，在红海和塞舌尔群岛。”

当然，昼夜垂直迁徙不仅对蝠鲼等滤食动物很重要，而且对食物网各个层次的动物也很重要。大鱼吃小鱼，小鱼吃虾，虾吃浮游动物；动物越大，吃它的捕食者就越大。 Andrzej Zak 的团队专注于研究一些鲨鱼物种如何横向洄游以捕食昼夜垂直洄游的鱼类，尤其是金枪鱼。伦敦动物学会的海洋生物学家、安杰伊·扎克的同事大卫·科尼克说：“镰状鲨似乎白天呆在海山附近，晚上出去觅食。”

这意味着海洋动物不仅会上下迁徙，还会横向迁徙，从相对安全的地区到生产力更高的地区。也许最有趣的是，海洋表面这一薄层中发生的事情会对上方和下方的世界产生影响。

丽贝卡·赫尔姆说，当所有这些微小的浮游植物在表面进行光合作用时，它们会消耗大量的二氧化碳；当它们被吃掉时，这些碳就会被带到深海。

事实上，科学家在2019 年创建了一个模型，用于准确确定有多少碳通过昼夜垂直迁移沉积到深海中。他们发现，鱿鱼、幼鱼和虾的幼体每年可以携带1拍克（Pg，1拍克=10^15克，即10亿吨）的碳到海底深处。

阿奇博尔德说，昼夜垂直迁移仅占海洋捕获的碳总量的16%。其他贡献因素包括自然水流运动、下沉的浮游植物细胞和海洋动物粪便。 ——确实是一个海洋规模的巨大现象。当然，粪便的下沉也受昼夜垂直运移的显着影响。昼夜垂直迁移也加快了营养物质的消化速度。一些研究表明，昼夜垂直迁移将营养物质输送到深海的速度比物质本身下沉的速度快一个数量级。正是因为海洋生物昼夜的垂直迁移，这些物质才能更快地到达深海，而不是无休止地漂流。