ZooSCAN系統(tǒng)助力智利科瑪峽灣浮游動(dòng)物群落季節(jié)性和晝夜性動(dòng)態(tài)研究

近期，德國阿爾弗雷德·韋格納研究所-亥姆霍茲極地和海洋研究中心（AWI）的科學(xué)家Nur Garcia-Herrera基于ZooSCAN掃描，結(jié)合Ecotaxa圖像分析的研究方法，對(duì)智利科瑪峽灣中的浮游動(dòng)物分類群進(jìn)行了識(shí)別，并評(píng)估了季節(jié)性環(huán)境變化和晝夜變化對(duì)浮游動(dòng)物動(dòng)態(tài)的影響。

研究背景
 

浮游動(dòng)物為初級(jí)生產(chǎn)者和更高水平的消費(fèi)者（如魚類、鳥類和哺乳動(dòng)物）以及無脊椎捕食者（如珊瑚）建立了營養(yǎng)聯(lián)系，另外，浮游動(dòng)物在海洋生態(tài)系統(tǒng)功能和海洋碳循環(huán)中也起著至關(guān)重要的作用。在不同的水體環(huán)境中，浮游動(dòng)物在群落組成、晝夜垂直遷移行為、種群季節(jié)性變化等方面有著巨大的可變性。
 

科瑪峽灣（Comau Fjord）是智利巴塔哥尼亞群島的一個(gè)分層峽灣，其水文環(huán)境非常復(fù)雜，是一個(gè)過渡的河口-海洋系統(tǒng)。該峽灣中生長著大量的冷水珊瑚，這些冷水珊瑚依靠浮游動(dòng)物作為其主要食物來源來維持其生理過程，因此，它們的生長和繁殖受到浮游動(dòng)物季節(jié)、晝夜和垂直分布的調(diào)節(jié)。
 

然而，目前人們對(duì)科瑪峽灣內(nèi)浮游動(dòng)物的分布及其在維持冷水珊瑚群落中的作用知之甚少。因此，本研究中，科學(xué)家Nur Garcia-Herrera借助浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)ZooSCAN，對(duì)科瑪峽灣內(nèi)的浮游動(dòng)物類群進(jìn)行了研究，以評(píng)估季節(jié)性環(huán)境變化對(duì)浮游動(dòng)物動(dòng)態(tài)，以及對(duì)冷水珊瑚自然可獲得的食物的影響。
 

研究過程
 

采樣地點(diǎn)位于智利的科馬峽灣（圖1）。采樣時(shí)間分別為2016年9月28日（春季）、2017年1月17日（夏季）、2017年5月7日（秋季）和2017年7月29日（冬季），中午和午夜分別進(jìn)行采樣。采樣水層為0-50-100-200-300-400-450m。
 

圖1 研究地點(diǎn)，紅點(diǎn)為科瑪峽灣所在位置

采集的浮游動(dòng)物樣品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)ZooSCAN（圖2）進(jìn)行分析。用其自帶的軟件Zooprocess對(duì)浮游動(dòng)物個(gè)體的形態(tài)學(xué)信息進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出浮游動(dòng)物的生物體積、生物量和豐度等，用Ecotaxa浮游生物大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)（圖3）對(duì)浮游動(dòng)物進(jìn)行識(shí)別和分類。之后，采用一系列統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究理化變量與各分類單元豐度之間的關(guān)系。
 

圖2 浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)ZooSCAN
 

圖3 Ecotaxa浮游生物大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)

研究結(jié)果

浮游動(dòng)物群落表現(xiàn)出較大的季節(jié)和晝夜性差異。
 

在整個(gè)水體中，浮游動(dòng)物的豐度在春季達(dá)到峰值（圖4A），生物體積和生物量在夏季最高（209 g干物質(zhì)/m2；圖4B，C），之后逐漸降低，在秋末和冬季中期達(dá)到最低（61 g干物質(zhì)/m2）。這可能是由春季浮游植物大量繁殖，而在寒冷的季節(jié)中，低濃度的Chl a不足以支持高水平的次級(jí)生產(chǎn)導(dǎo)致的結(jié)果。
 

圖4 浮游動(dòng)物的季節(jié)和晝夜分布。（A）豐度、（B）生物量、（C）生物量

浮游動(dòng)物生物體積和生物量的垂直分布在晝夜之間也存在差異，白天在100 ~ 200 m水深處最大（圖5B，C），夜間在表層（0-50 m）水體中最大，這可能與橈足類哲水蚤的晝夜垂直遷移有關(guān)。
 

圖5 浮游動(dòng)物的垂直分布。（A）豐度、（B）生物量、（C）生物量

借助Ecotaxa浮游生物大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，共將取得的浮游動(dòng)物樣品分為了41個(gè)分類群（圖6）�？傮w來說，橈足類是整個(gè)浮游動(dòng)物群落的優(yōu)勢(shì)類群，無論是在豐度（64.81%）還是生物量（20.70%）方面。其次是糠蝦、毛顎類（就生物體積和生物量而言）和無節(jié)幼體、有尾類（就豐度而言）。

圖6 浮游動(dòng)物類群的群體優(yōu)勢(shì)。（A）相對(duì)豐度，（B）生物量。占浮游動(dòng)物群落總數(shù)不到3%的類群（27個(gè)）被合并為“其他”。

研究結(jié)論
 

研究表明，科瑪峽灣內(nèi)的浮游動(dòng)物群落綜合豐度、生物體積和生物量出現(xiàn)了季節(jié)和晝夜性變化，這種變化可能是由于生物過程（如晝夜垂直遷移或避免捕食）和海洋學(xué)過程（如河口環(huán)流、潮汐混合或水柱分層）共同驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。