在世界海洋中有大約10,000到20,000種不同的物種，浮游植物(來自希臘植物的植物)的多樣性非常豐富。這些浮游植物是這個星球上海洋生態(tài)系統(tǒng)和生命的關(guān)鍵元素，產(chǎn)生的氧氣比世界上所有雨林的總和還多。它們也是海洋食物鏈的基礎(chǔ)。

然而，迄今為止，關(guān)于浮游植物的地理和季節(jié)性多樣性知之甚少。雖然已經(jīng)確定了許多種類的浮游植物，但它們何時何地發(fā)生的問題在很大程度上尚未開發(fā);鑒于當前的生物多樣性危機，這代表了嚴重的知識差距。

5月初，生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)政府間平臺在其最新報告中指出，由于人類活動和氣候變化，地球上所有已知物種中有一百萬人面臨滅絕的威脅。然而，對于許多重要的物種，特別是世界上最小的海洋生物，浮游生物的物種，我們對其分布和多樣性的了解至今仍然不充分或根本不存在。

現(xiàn)在，來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和瑞士聯(lián)邦森林，雪地和景觀研究所WSL的一組研究人員填補了這方面的知識空白。在最近發(fā)表在“科學(xué)進步”雜志上的一項研究中，他們模擬了530多種不同浮游植物的空間和時間分布。作為其分布圖的基礎(chǔ)，他們使用了來自世界各大洋的大約700,000個水樣。

熱帶海域的生物多樣性

他們的研究表明，熱帶水域在一年中的任何時候都擁有最豐富的物種多樣性。浮游植物的多樣性在印度尼西亞 - 澳大利亞群島的海域，印度洋的部分地區(qū)和赤道太平洋中尤為突出。在亞熱帶地區(qū)，生物多樣性明顯超過南北緯30度，達到55度左右的最低值。然后多樣性再次向極地方向發(fā)展。

該研究的第一作者達米亞諾·里蓋蒂說：“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，每月，極地海域的多樣性比中緯度地區(qū)更大。”他是ETH教授Nicolas Gruber和資深科學(xué)家Meike Vogt的博士生。“這是非常了不起的，因為全球物種分布和多樣性通常與環(huán)境溫度趨勢密切相關(guān)。”

物種多樣性通常朝著兩極不斷減少，通常處于最低點。溫度可能是這種下降的直接原因。根據(jù)代謝理論，更高的溫度加速新陳代謝，遺傳物質(zhì)和物種形成的突變。這就解釋了為什么熱帶地區(qū)的物種比中緯度地區(qū)和極地地區(qū)更豐富，正如預(yù)期的那樣。

生物多樣性在中緯度地區(qū)出人意料地低

該研究表明，浮游植物的行為并不總是符合這一理論。“顯然，溫度會影響浮游生物的多樣性，”Righetti說。其中兩個可能是強流和湍流，這在中緯度地區(qū)很普遍，但在極地或熱帶海域卻不那么嚴重。生態(tài)學(xué)家說：“這些緯度的季節(jié)性波動和海洋湍流可能會抑制生物多樣性的發(fā)展，盡管這里的溫度高于極地海洋。”

Righetti及其同事還發(fā)現(xiàn)，與熱帶地區(qū)不同，中緯度地區(qū)的浮游植物多樣性因季節(jié)而異。Righetti解釋說，盡管中緯度物種的數(shù)量隨著時間的推移而不變，但物種組成隨著時間的推移而變化：“與熱帶海洋相比，這里的多樣性在全年都是動態(tài)的，但幾乎沒有任何研究表明已經(jīng)完成了。“

在運輸路線上收集的樣品

與ETH兼職教授Niklaus Zimmermann和WSL的其他同事一起，Righetti開發(fā)了一個計算機模型來繪制浮游植物的多樣性分布圖。他們用觀測數(shù)據(jù)喂養(yǎng)這個模型，并用它來預(yù)測每個物種發(fā)生的位置 - 時間分辨率為一個月。

觀測數(shù)據(jù)來自研究旅行期間收集的水樣以及正常航運路線。浮游植物專家隨后在顯微鏡下研究樣品以確定它們包含哪些物種。隨著時間的推移，這些研究巡航積累了數(shù)千種不同物種的大量觀測數(shù)據(jù)。然后Righetti及其同事將可用數(shù)據(jù)收集到數(shù)據(jù)庫中并進行分析。

然而，必須指出的是，采樣并未在海洋中均勻分布，而且在許多地區(qū)，采樣并未跨越所有季節(jié)。感謝英國研究人員，北大西洋的代表性非常好，但其他大部分地區(qū)的數(shù)據(jù)很少。ETH研究人員在他們的模型中補償了這種失真。

他們的工作在許多方面都很重要。他們的分布圖不僅是第一張圖浮游植物圖;他們的模型也可用于預(yù)測浮游植物的多樣性如何在變化的溫度條件下發(fā)展。氣候變化導(dǎo)致的溫暖水域可能會改變浮游植物的分布。“反過來，這可能對整個海洋食物鏈產(chǎn)生嚴重影響，”Righetti說。