北极剧毒藻类大规模爆发，科研监测赋能社区决策
引 言
全球气候变暖对环境有着广泛而深远的危害，除海平面上升、海洋酸化、珊瑚白化、等人们熟知的后果外，常被忽视的藻类也在逐步升温的海水中悄然发生着变化，在北极地区扭转着海洋生态系统的平衡。如何通过科研准确监测藻类动态并运用到社区决策之中？“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，近期的一篇新研究显示，美国伍兹霍尔海洋研究所科研团队提供了解决方案。
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美国伍兹霍尔海洋研究所 (WHOI) 的科研人员于2024年7月10日在学术期刊《湖沼学和海洋学快报》期刊上发表了一篇名为《追踪大规模与剧毒的北极藻类爆发：快速检测和风险沟通》的研究论文，介绍了他们于2022年夏季在美国阿拉斯加白令海峡地区发现的大规有害藻类爆发的经历。根据科研人员跟踪巡航的结果来看，运用新型技术追踪具有神经毒性的大规有害藻类爆发的可行性得到了证实。更为重要的是，科研团队还通过传递藻类蔓延的实时信息，帮助了偏远的沿海社区作出迅速响应，以便采取相对应的措施。
此次大规模有害藻类爆发是由链状亚历山大藻（Alexandrium catenella）这种单细胞生物引起的。这种藻类的足迹在海水运动的帮助下遍布了全球，在适宜的海水温度与盐度等条件的诱导下，在底栖生物中作为休眠孢囊越冬的亚历山大链状芽孢杆菌将会萌发。通常来说，链状亚历山大藻在春夏两季大规模繁殖，主要分布于温带与亚极地地区的海洋沿岸。然而，近年来，受全球气候变暖的影响，太平洋北极地区成为了链状亚历山大藻的温床，该藻类由白令海峡向北平流的海水引入，范围上从白令海北部延伸到楚克奇海，至少影响了600公里的海域，密度上创下了北极水域的记录，达到了每升海水中含有17.4万个细胞，远远超于每升海水1000个细胞的标准。
上图：2022年Alexandrium catenella藻类爆发的区域地图及其进展，基于近水面细胞密度数据。图源：Fachon E, Pickart R S, Sheffield G, et al. ，DOI: 10.1002/lol2.10421
图源：Gert Hansen；https://www.marinespecies.org/photogallery.php?album=1033&pic=33859
美国伍兹霍尔海洋研究所 (WHOI) 的科研人员之所以高度重视链状亚历山大藻，是因为这种藻类具有释放强毒性的特性，对海洋生物甚至是人类产生了威胁。这种藻类会产生一系列被称为麻痹性贝毒(PSTs)的强效神经毒素，贝类在摄入亚历山大藻的同时能够滤食链状亚历山大藻积累高浓度的毒素，并作为毒素携带者沿食物链向高营养级生物传递。由此推断，麻痹性贝毒将会在生态系统中通过食物网积累与传递，从生产者通过消费者逐级传递，最终富集在顶级捕食者体内，诱发大型海洋生物的疾病，甚至是死亡。近年来，麻痹性贝毒在太平洋北极地区被大范围检测到，甚至在许多的海洋鸟类和哺乳动物的体内，都能够发现这种毒素的踪迹。
被誉为“世界十大渔场”之一的美国阿拉斯加地区盛产丰富的海产品资源，包括鱼类、贝类、蟹类等，沿海社区的居民依靠这些海洋资源维生和进行商业捕捞活动。然而，阿拉斯加正处于链状亚历山大藻爆发的漩涡中心。麻痹性贝毒对于人类来说危险性极高，在海洋藻毒素中，由麻痹性贝毒引起的人死亡率最高。人类通过食用受污染的海产品摄入麻痹性贝毒时，会引发一系列神经症状，程度从刺痛、麻木到肌肉麻痹、呼吸衰竭，甚至是死亡。在麻痹性贝毒阴影的笼罩下，当地社区的生计将不可避免地受到重创。
上图：从船上IFCB到区域沿海响应的信息流包括以下几个步骤：首先，数据收集阶段在秒到分钟内完成，随后进行有害藻类评估，通常需分钟到小时。接着，利益相关者协调和建议制定阶段需要24到48小时，详细的建议文本可参见补充材料。最后，社区动员阶段则需要几天到几周，并持续进行，以确保信息传达和响应措施的实施。图源：Fachon E, Pickart R S, Sheffield G, et al. ，DOI: 10.1002/lol2.10421
在全球变暖的环境下，链状亚历山大藻的泛滥已成趋势，对于沿岸社区来说，实时监测此藻类的动态成为了避免风险的关键。美国伍兹霍尔海洋研究所的科研人员运用搭载了自成像流式细胞机器人（Imaging FlowCytobot）的巡航船，在2022年的7月至9月期间在白令海北部、楚克奇海和波弗特海西部海域对近地表水进行秒级的采样，通过巡航轨迹沿线浮游植物的图像，实时监测链状亚历山大藻的动态，完善预警流程。科研人员发现，细胞浓度随着纬度的变大而升高，这一信息加深了人们对与这类毒性藻类的了解。除此之外，研究所向州政府、当地媒体和公众发布了风险建议，还与州政府和其他以社区为基础的区域性团体合作，制定了一项沟通计划，以便向更加偏远的人们快速传达链状亚历山大藻的动态和公共卫生预防措施。
该研究指出，面对难以扭转的全球变暖大势，科研机构应当注重与当地社区的联系，运用自身的专业技术与知识，提高监控的准确性与减缓策略的可行性，为当地社区与居民提供实际的应对方案。
感兴趣的读者可以参看全文：
Evangeline Fachon, Robert S. Pickart, Gay Sheffield, Emma Pate, Mrunmayee Pathare, Michael L. Brosnahan, Eric Muhlbach, Kali Horn, Nathaniel N. Spada, Anushka Rajagopalan, Peigen Lin, Leah T. McRaven, Loreley S. Lago, Jie Huang, Frank Bahr, Dean A. Stockwell, Katherine A. Hubbard, Thomas J. Farrugia, Kathi A. Lefebvre, Donald M. Anderson. Tracking a large‐scale and highly toxic Arctic algal bloom: Rapid detection and risk communication. Limnology and Oceanography Letters,2024; DOI: 10.1002/lol2.10421[2]
作者 ：贾芊橦
——作者系中国生物多样性保护与绿色发展基金会(CBCGDF)国际部与北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院(BNU-HKBU UIC)全球化与发展(GAD)专业联合发起的“可持续发展人才培养计划”的学生。
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海洋与湿地·小百科
有害藻类爆发
有害藻类爆发（Harmful Algal Bloom, HAB）是指在特定环境条件下，水体中的有害藻类种群迅速增长，导致其密度极高的现象。这种现象可能对生态系统、人类健康、以及经济活动造成严重影响。有害藻类爆发会破坏水体生态系统的平衡。比如，高密度的藻类会导致水体中的氧气水平下降（由于藻类的呼吸作用），从而引发“缺氧”现象。这种缺氧状态可能导致大规模的鱼类和其他水生生物的死亡。
麻痹性贝毒
麻痹性贝毒（Paralytic Shellfish Toxins, PSTs）是一类由某些有害藻类（特别是Alexandrium属的单细胞藻类）产生的神经毒素。这些毒素会在藻类大量繁殖时释放到水体中，并能通过食物链积累在贝类（如贻贝、蚝、蚌等）体内。人类食用这些被毒素污染的贝类后，可能会导致严重的中毒反应。中毒症状包括口唇和面部麻木、四肢麻痹、肌肉无力、呼吸困难，严重时可导致呼吸衰竭甚至死亡。中毒症状包括口唇和面部麻木、四肢麻痹、肌肉无力、呼吸困难，严重时可导致呼吸衰竭甚至死亡。
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编译 | 贾芊橦
审核 | Linda
排版 | Sara
【参考资料】
https://www.whoi.edu/press-room/news-release/the-detection-of-a-massive-harmful-algal-bloom-in-the-arctic-prompts-real-time-advisories-to-western-alaskan-communities/
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/07/240710130852.htm
https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lol2.10421
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