专家强调:在海洋酸化研究中需要考虑到环境变化

在对86篇来自世界各地专家的研究论文进行分析后,专家们发现,迄今为止,海洋酸化对世界不同地区物种的影响一直被误判,在某些情况下,这种影响被高估;而在其他情况下,则被低估。许多早期研究没有考虑全球海洋基线酸度水平的自然差异,进而导致了不正确的假设。 随着海洋吸收大气中一些多余的二氧化碳,海水的酸性会逐渐增加,这意味着其pH值也将不断下降,动物因而需要应对这不断变化的环境。在研究海洋酸化的影响时,科学家揭示了同一物种的不同反应。例如,就食物链底端的小型甲壳类动物——桡足动物而言,同一物种的两个种群对相同程度酸化的反应截然不同:一个种群对生长和存活非常敏感并受到负面影响,而另一个种群则表现出积极的反应。

2019年,在肯尼亚蒙巴萨由原子能机构主办的海洋酸化培训期间,海洋科学家正在收集海胆进行实验。(照片来源:S.Dupont/原子能机构) 

在对86篇来自世界各地专家的研究论文进行分析后,专家们发现,迄今为止,海洋酸化对世界不同地区物种的影响一直被误判,在某些情况下,这种影响被高估;而在其他情况下,则被低估。许多早期研究没有考虑全球海洋基线酸度水平的自然差异,进而导致了不正确的假设。

随着海洋吸收大气中一些多余的二氧化碳,海水的酸性会逐渐增加,这意味着其pH值也将不断下降,动物因而需要应对这不断变化的环境。在研究海洋酸化的影响时,科学家揭示了同一物种的不同反应。例如,就食物链底端的小型甲壳类动物——桡足动物而言,同一物种的两个种群对相同程度酸化的反应截然不同:一个种群对生长和存活非常敏感并受到负面影响,而另一个种群则表现出积极的反应。

那么这是为什么呢?

就像我们人类一样,同一个物种的有机体可能存在于世界各地。但由于环境的差异,物种会在特定的栖息地繁衍生息。在海洋酸化领域,这种环境变化增加了研究中需要考虑的另一层细节。瑞典哥德堡大学高级讲师、摩纳哥原子能机构辐射生态学实验室顾问Sam Dupont说:“例如,如果你用来自不同地区的同一物种的两个种群做实验,而忽略它们生活的环境差异,你可能会得出不同的结果。给一个种群带来压力的东西,对另一种群来说可能是自然的。因为pH值在每个地方的可变性都是不同的——而这一点却被忽视了——导致海洋酸化研究中出现很多相互矛盾的数据。” 摩纳哥原子能机构放射生态学实验室同时也是海洋酸化国际协调中心(OA-ICC)的所在地。

海洋酸化对当地的影响

在最近的一项研究中,Dupont与来自智利、中国和瑞典的海洋科学家合作,分析了通过OA-ICC数据库获得的现有数据。分析结果检验了pH值对包括甲壳类动物、珊瑚和海胆在内的沿海无脊椎动物的生物特征的影响,包括摄食、呼吸、生长等。研究发表在2月份的《自然气候变化》杂志上。该研究的主要作者、智利康塞普西翁大学教授Cristian Vargas解释说:“通过进行全球分析,我们发现超过一半的研究可能低估了未来海洋酸化对当地的影响,因为这些研究只将生物暴露在它们已经经历过的地理区域条件下。” Vargas的结论是,由于缺乏与生物栖息地相关的信息,海洋酸化的影响被误判。

该国际小组在分析覆盖9个沿海地区的86项独立海洋酸化研究的结果之前,审查了380份出版物。这项最新研究是2017年发表在《自然·生态与进化》杂志上的一个概念的后续研究,该研究提出了一个考虑环境条件可变性的指数,以更好地了解海洋酸化对居住在不同生态系统中的物种的影响。

这项研究还展示了从现有资源中产生新知识的潜力。Dupont说:“当疫情来袭时,实验转向依赖现有数据。”2020年,最初的计划是从世界各地收集相同物种的贻贝,并将其暴露在一系列不同的pH值水平下,以研究海洋物种的敏感性。Dupont补充说:“但因为不能旅行,我们无法进行这些实验。”所以,研究人员依赖现有数据和文献评估了他们在2017年理论化概念的有效性,而这些数据证明了这一点。

Dupont说:“我们创建的指数让我们能更好地预测未来海洋生物会发生什么。”同样的研究方法将用于研究海洋酸化对其他物种的进一步影响。

培训、数据和研究中心

自1980年代后期以来,因为人类活动向大气释放了更多二氧化碳,供海洋吸收,95%的开阔海洋表层水酸性增加,国际原子能机构(原子能机构)支持世界各国利用核技术和核衍生技术发展对海洋变化的科学理解。针对科学界和各国政府对海洋酸化日益增长的关切,原子能机构于2012年在摩纳哥原子能机构环境实验室设立了OA-ICC。自那时以来,该中心支持并组织了31次关于海洋酸化的培训课程和讲习班,来自101个国家的625多人参加了这些课程和讲习班。

例如,2015年,OA-ICC和厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室组织了一次培训课程,培训了28名来自原子能机构亚洲成员国的早期职业科学家和研究人员,向他们介绍了海洋酸化监测和实验研究,特别关注了方法和潜在的陷阱。

Dupont说:“OA-ICC主办了一个结构良好的能力建设项目,但是我们同时意识到缺少了一些东西——利用OA-ICC的资源来创造新知识的想法。对于某些基础设施不稳定、实验室和设备有限的国家,这一点极其重要。”OA-ICC的数据库免费开放。该中心计划今年组织一次培训,重点讨论原子能机构可用于援助研究的资源。

了解更多关于原子能机构应对海洋和环境挑战的工作

Local impacts of ocean acidification

In a recent study, Dupont worked with marine scientists from Chile, China and Sweden to analyse existing data available through the OA-ICC databases. The results of the analysis, which examined the effects of pH on biological traits – ingestion, respiration, growth, etc. – of coastal invertebrates, including crustaceans, corals and sea urchins, were published in the journal Nature Climate Change in February. “By conducting a global analysis, we have found that more than half of the selected studies may have underestimated the local impacts of future ocean acidification by exposing organisms to conditions that those organisms already experience in their geographic areas,” explained Cristian Vargas, lead author of the study and Professor at University of Concepcion, Chile. Vargas concluded that the impact of ocean acidification has been miscalculated because of the lack of information related to organisms’ habitats. 

The international team reviewed 380 publications before analysing results of 86 independent ocean acidification studies that covered nine coastal regions. The latest study is a follow up to a concept published in 2017 in the journal Nature Ecology & Evolution, which proposed an index to take into account the variability of environmental conditions to better understand the consequences of ocean acidification on species inhabiting in different ecosystems.  

The study also demonstrated the potential to produce new knowledge from resources already available. “When the pandemic hit, the experiment shifted to rely on available data,” Dupont said. In 2020, the original plan was to collect mussels of the same species from around the world and expose them to a range of different pH levels to study the sensitivities of marine species. “But without being able to travel, we had no way to conduct those experiments,” Dupont said. Instead, the researchers relied on existing data and literature to assess the validity of the concept they theorized in 2017, which proved to be reinforced by the data.  

“The index we created allows us to better project what is going to happen in the future to marine organisms,” Dupont said. The same research methodology will be applied to study further effects of ocean acidification on other species. 

Centre for training, data and research

Since the late 1980s, 95 per cent of open ocean surface water has become more acidic, as there is more carbon dioxide released into the atmosphere by human activities for the ocean to absorb. The IAEA supports countries around the world in utilizing nuclear and nuclear-derived techniques to develop a science-based understanding of changes in the ocean. In response to growing concerns from the scientific community and governments regarding ocean acidification, the IAEA established the OA-ICC in 2012 at the IAEA Environment Laboratories in Monaco. Since then, the Centre has supported and organized 31 training courses and workshops on ocean acidification with more than 625 participants from 101 countries.  

“The Centre hosts a well-structured capacity building programme, and we realize that something is missing – this idea of utilizing resources of the OA-ICC to create new knowledge,” Dupont said. “That is extremely important in certain countries where the infrastructure is not stable, or laboratories and equipment are limited.” The OA-ICC’s databases are available for free and open access. The Centre plans to organize a training later this year, focused on the IAEA resources available to aid research.  

Learn more about the IAEA’s work to address marine and environmental challenges