史大林乘坐“嘉庚”號(hào)科考船出?？瓶?。受訪對(duì)象供圖
史大林在“潔凈實(shí)驗(yàn)室”做實(shí)驗(yàn)。受訪對(duì)象供圖
(相關(guān)資料圖)
當(dāng)2011年，史大林和妻子洪海征前后腳回到母校廈門(mén)大學(xué)，進(jìn)入近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任職后，擺在他們面前的是兩條路——
一條路國(guó)內(nèi)幾乎無(wú)人涉足，研究海洋中藻類與痕量金屬；另一條路則是安全穩(wěn)妥的，研究其他更易控制的因素對(duì)藻類生產(chǎn)力的影響?！扒罢叩难芯糠较?，實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難重重。后者，是大多數(shù)人選擇的傳統(tǒng)方向?！笔反罅值男牟幻鈸u擺。
最終，他們選擇了少有人走的路，勇于冒險(xiǎn)進(jìn)入未知領(lǐng)域。
“痕量”，指的是極小的量，在海洋中，一些痕量元素（例如鐵、磷）的濃度往往在納摩爾/升甚至更低的水平。去年11月，史大林團(tuán)隊(duì)揭示了海洋中磷濃度下降會(huì)加劇海洋酸化對(duì)束毛藻固氮作用的抑制效應(yīng)及其機(jī)理，為理解和預(yù)測(cè)全球變化對(duì)海洋氮循環(huán)的影響及其生物地球化學(xué)效應(yīng)提供了重要科學(xué)依據(jù)。
“當(dāng)二氧化碳升高時(shí)，海水的pH會(huì)下降，造成海洋酸化。我們發(fā)現(xiàn)，海洋酸化會(huì)抑制束毛藻固氮的功能，隨著海水中磷濃度的下降，這種抑制作用會(huì)增強(qiáng)?！笔反罅终f(shuō)。
從全球變暖說(shuō)起
2007年8月，在美國(guó)阿拉斯加灣外的一個(gè)鐵限制海區(qū)，史大林參加了一次為期42天的、他人生中的第一次出?？瓶肌?/p>
“靠岸后，我們一路驅(qū)車(chē)前往冰川國(guó)家公園，一座又一座冰川映入眼簾，牌子上的年份代表著當(dāng)年冰川的冰覆蓋到的地方，車(chē)越往前開(kāi)，冰覆蓋的范圍就越小了?！边@景象，令史大林震撼。
導(dǎo)致冰川消退的罪魁禍?zhǔn)?，就是全球變暖?/p>
工業(yè)革命以來(lái)，海洋吸收了約三分之一人為排放的二氧化碳，以迄今3億年來(lái)最快的速度酸化?！八峄觿?，影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵過(guò)程和功能?！笔反罅终f(shuō)。
“十四五”是碳達(dá)峰的關(guān)鍵期、窗口期。我國(guó)力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！霸鰠R，即增強(qiáng)吸收捕獲二氧化碳的能力，是實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)的重要方式之一?！笔反罅终f(shuō)。
如何增匯？被稱為大海中的“陽(yáng)光使者”——浮游植物，能通過(guò)光合作用吸收大氣中的二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為魚(yú)類等海洋生物能吸收利用的有機(jī)碳，是海洋中整個(gè)食物鏈、食物網(wǎng)的基礎(chǔ)。
在海洋浮游植物中，還有一種特別的存在——固氮藻類（如，束毛藻）?！八鼈兛梢酝ㄟ^(guò)體內(nèi)的固氮酶，將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為生物可利用的氮營(yíng)養(yǎng)鹽，從而給自己和其他浮游植物提供營(yíng)養(yǎng)?！笔反罅终f(shuō)。
換句話說(shuō)，有了固氮藻類“施肥”，其他浮游植物便可獲得養(yǎng)分執(zhí)行光合作用、吸收大氣中的二氧化碳，從而調(diào)節(jié)全球氣候。
這些看不見(jiàn)摸不著的固氮藻類，讓史大林傾注了十多年心血?！昂Ｋ峄?，對(duì)藻類固氮起到怎樣的作用？海洋中痕量元素的濃度下降，對(duì)藻類的生產(chǎn)力產(chǎn)生怎樣的影響？”
理想狀態(tài)下，似乎把海藻培養(yǎng)在不同的海水環(huán)境里測(cè)一測(cè)，就能得到答案。但史大林對(duì)此卻存疑，“海洋中的各種因素和成分與實(shí)驗(yàn)室里不盡相同，所用的人工海水若被污染，一旦有配方外的其他物質(zhì)混入，也會(huì)影響束毛藻的生長(zhǎng)”。
他想在廈大，建一個(gè)達(dá)到國(guó)際最高標(biāo)準(zhǔn)的“潔凈實(shí)驗(yàn)室”。
打造“潔凈實(shí)驗(yàn)室”
“潔凈實(shí)驗(yàn)室”，要求空氣中顆粒物含量得足夠低——所有的東西都得是非金屬材質(zhì)：塑料實(shí)驗(yàn)臺(tái)，塑料燈罩，就連螺絲釘也得是塑料的。
“麻煩事”還有很多。“還需要一臺(tái)全年無(wú)休的機(jī)器過(guò)濾空氣，將金屬顆粒擋在門(mén)外，電費(fèi)投入也很可觀。頭疼的是，實(shí)驗(yàn)中要用到的鹽酸需要高純度，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，能用的幾乎沒(méi)有?！笔反罅终f(shuō)。
對(duì)于年輕學(xué)者而言，選擇這個(gè)方向意味著需要大量資金投入實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、設(shè)備和耗材?！凹词雇度刖薮螅a(chǎn)出也難保障，風(fēng)險(xiǎn)太大了?！边@是許多同行的評(píng)價(jià)。
史大林沒(méi)有輕言放棄?！八驯榱烁鱾€(gè)電商平臺(tái)，找到合適的塑料建材；又花了小一年，找到符合純度的鹽酸供應(yīng)商?！眻F(tuán)隊(duì)在科研經(jīng)費(fèi)上精打細(xì)算，2014年，在廈門(mén)大學(xué)翔安校區(qū)建成了這間達(dá)到國(guó)際最高標(biāo)準(zhǔn)的“潔凈實(shí)驗(yàn)室”。
自此，他們放開(kāi)手腳，逐步提升研究的復(fù)雜度，從一個(gè)因子對(duì)藻類的影響，到更多因子的綜合影響。
其間，團(tuán)隊(duì)結(jié)合碳、氮穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)以及分子生物學(xué)和多組學(xué)技術(shù)，解析海洋初級(jí)生產(chǎn)關(guān)鍵過(guò)程對(duì)環(huán)境因子改變的響應(yīng)。
“我們發(fā)現(xiàn)，海水酸化會(huì)抑制束毛藻的固氮作用，還發(fā)現(xiàn)痕量金屬鐵和磷營(yíng)養(yǎng)等的缺乏，會(huì)加劇酸化對(duì)束毛藻的生長(zhǎng)和固氮的負(fù)效應(yīng)?！笔反罅终f(shuō)。
航海“漂流”記
不滿足于實(shí)驗(yàn)樓里的“潔凈實(shí)驗(yàn)室”，史大林團(tuán)隊(duì)還在一次次嘗試、一次次失敗中，把實(shí)驗(yàn)室“搬”到海上。
2022年9月，浩瀚南海之上，一艘航船發(fā)出有節(jié)奏的轟鳴。甲板上，史大林帶著團(tuán)隊(duì)忙碌著，借助團(tuán)隊(duì)建立的海上“痕量金屬潔凈實(shí)驗(yàn)室”和痕量金屬潔凈海水采集系統(tǒng)——“飛魚(yú)拖體”，開(kāi)展科考任務(wù)。
實(shí)驗(yàn)的條件極為苛刻。
從南海抽上來(lái)的由“飛魚(yú)”采集的潔凈海水，依次經(jīng)過(guò)魚(yú)體、隔膜泵、采水管等，直接接入集裝箱潔凈室，隨后，科考隊(duì)員身著“大白”服進(jìn)行水樣分裝。其間，科考隊(duì)員需要接力，多次將承載10升以上海水的培養(yǎng)桶往返搬運(yùn)于實(shí)驗(yàn)室和甲板，對(duì)其進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)處理，每次實(shí)驗(yàn)需要搬運(yùn)上百升的海水。
“除了體力的巨大消耗，還需要科考人員時(shí)刻保持清醒的頭腦。”此類科考，在史大林團(tuán)隊(duì)愈發(fā)常態(tài)化。他們對(duì)包括南海北部海盆和熱帶西北太平洋在內(nèi)的大面積海區(qū)的固氮速率和固氮生物群落開(kāi)展了大尺度、高分辨率的觀測(cè)。
這一次，團(tuán)隊(duì)利用嵌入通用地球系統(tǒng)模型的生物地球化學(xué)元素循環(huán)模型的模擬結(jié)果，估算了海洋酸化和磷限制的耦合對(duì)全球海洋束毛藻固氮作用的影響。“結(jié)果表明，至本世紀(jì)末全球海洋束毛藻固氮作用將因酸化和磷限制的聯(lián)合作用下降，下降程度以西太平洋和北印度洋最為顯著。”
在這一條人跡罕至的路上，史大林團(tuán)隊(duì)的累積越來(lái)越多?！拔覀冞€會(huì)堅(jiān)持現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的工作，研究的范圍也會(huì)漸漸從南海擴(kuò)大到太平洋，再到全球海域。”
“海洋既是緩解氣候變化的執(zhí)行者，也是氣候變化的受害者?！痹谑反罅挚磥?lái)，憑著已有的知識(shí)，就可以行動(dòng)起來(lái)為探索海洋、保護(hù)海洋做很多事了?！熬拖裨谂c冰川消融的速度反向賽跑，需要每一代人不停地接力?！保ㄓ浾?林霞）