生物碳海绵

我们的海洋不仅是一个美妙的游乐场，我们可以享受游泳和各种有趣的活动，但它们也在我们的气候中发挥着重要作用。这些小植物充满了奇妙的生命(浮游植物我们每一次呼吸都要感谢海洋的氧气!事实上，如果没有海洋生物，二氧化碳的含量会比现在高出50%。1］．就像陆地上的树木一样，海洋中的浮游植物吸收二氧化碳，利用阳光制造它们生存所需的食物。在这个过程中，碳被锁在植物细胞中，而这些细胞又被海洋动物捕食，比如浮游动物和磷虾。像陆地上的所有动物一样，海洋动物不会把它们吃下的所有食物都用完，而它们没有用完的食物，又会变成粪便排出!他们的便便(叫粪便的字符串)就像装满碳的微型鱼雷，当它们在海洋中下沉时，它们带着碳，将其与大气锁在一起。减少大气中二氧化碳的好消息!

不幸的是，有一大堆动物生活在深海里，寻找着从上面落下的美味零食。磷虾的粪便，以及海洋植物和动物的尸体，会沉入海洋，大部分会在途中被动物吞食。这意味着只有大约1%的下沉颗粒会一路到达海底。一旦到达海底，这些颗粒中的碳就会被埋藏起来，并在沉积物和岩石中封存数百万年。沉积物中的碳越多，大气中的碳就越少，这对我们的气候非常有利!一个粒子下沉的速度越快，落到深海动物餐盘上的时间就越短，所以到达海底的碳就越多。事实证明，在粪便下沉速度方面，并非所有动物都是一样的!

磷虾便便:奥运会下沉冠军

南极磷虾是会游泳的甲壳类动物(与螃蟹、龙虾和对虾属于同一科动物)，体长可达7厘米，在野外可存活5-6年(图1一个)．它们只存在于南大洋，即南极洲周围的大片海域。磷虾是强大的游泳者，可以在世界上最强大的洋流中游泳。事实上，磷虾一生都在游动。这需要大量的能量，它们每天必须吃掉体重10%的食物。这相当于我们每天吃12顿正餐。然而，与汉堡和薯条不同，磷虾食物主要是植物性的，尤其是一种叫做硅藻的浮游植物，富含能量和营养脂肪。

吃东西会产生大量的粪便。磷虾的一个惊人之处在于它们的粪便是长链的，称为粪便链(图1 b)，它们可以以每天数百米的速度迅速沉入海洋。虽然没有达到奥林匹克短跑的速度，但他们在任何一场大便比赛中都能赢得奖牌。在南大洋的一些地方，我们发现了很多磷虾粪便串在我们留在海洋里的收集陷阱里。我们把这些捕鲸器布置在一条通常锚定在海床上的长线上。捕集器本质上是一个大漏斗，捕捉所有下沉的颗粒，并将它们收集在底部的样本杯中(图1 c)．有时，样本中可能充满了磷虾的粪便，其他的就不多了，我们认为这是因为在陷阱上方的区域有数百万只磷虾在游动，形成一个大群体，称为蜂群。

磷虾群:大就是美

磷虾的一个迷人之处在于，它们能更好地将碳转移到深海，它们和数百万的朋友成群结队地闲逛。其中一些蜂群非常巨大，可以延伸到约100公里的区域²［2)，它的大小与英国的泽西岛相当。磷虾更喜欢成群结队，而不是单独游泳，而且似乎群越大越好。生活在南大洋的大约90%的磷虾都以相对较少的数量成群结队地活动[3.］．成群结队可以保护自己免受企鹅、海豹和鲸鱼等以磷虾为食的捕食者的伤害。这也是找到大补丁的更好方法(花朵)它们的浮游植物食物分散在海洋的各个角落;多双眼睛(和天线)比一双好。这些罕见但巨大的磷虾群真的很重要，不仅对以它们为食的南大洋野生动物来说，而且对将碳转移到深海也很重要，因为大量的磷虾意味着大量的下沉粪便!

磷虾碳高速公路

大群磷虾在海洋中游动，以任何途经的浮游植物为食。磷虾群中数量庞大意味着，在这种疯狂的进食过程中，我们会得到大量的粪便串在蜂群下面。大量的粪便串意味着，下面的食屎动物(如鱼类和浮游动物)无法跟上供应的速度——就像在寿司店，当它们以比正常速度快很多倍的速度过来时，要吃下满满一盘的食物!当这些吃屎者不堪重负时，大多数粪便串避免被吃掉，并带着它们的碳沉入深海。图2)．

当成群的磷虾以海面附近的浮游植物为食时，大量的碳可以进入深海，产生大量快速下沉的粪便串。可能有如此多的粪便串，它们不可能全部被生活在海洋深处的吃粪便的动物捕获。这意味着它们中的许多可以进入深海，带着大量的碳。

由于这些磷虾群数量稀少，很难捕捉到这些罕见的降雨事件，但我们认为它们可以将大量的碳转移到深海。4］．我们想要找到一种方法来估计产生了多少粪便串，这样我们就可以预测它们从海洋表层转移了多少碳。我们特别划定了南大洋的一个区域，叫做边缘冰区禁飞区是海冰开始向公海开放的地方。我们之所以关注misz，是因为那里的条件非常适合快速下沉的粪便的产生，因为那里有大量的浮游植物繁殖和大量的磷虾。MIZ的位置随着季节的变化而变化，因为冰的范围在冬季增加，在夏季融化。作为我们计算的一部分，我们使用卫星图像计算出MIZ在一个典型年份中的大小(图3)．

下一阶段是确定有多少磷虾生活在misz。在过去的十年里，人们对南大洋磷虾的数量进行了多次测量，主要是使用船后拖网的方法[5］．我们汇总了misz地区所有可用的净捕捞记录，并估计了这些地区在典型年份中的磷虾数量。

计算的最后一部分是计算出一只磷虾平均能产生多少粪便串。我们使用了来自许多不同科学团队的信息，他们喂养了圈养的磷虾，然后测量了它们产生的粪便串的数量、大小和下沉速度[6］．

通过把这些证据放在一起，我们能够估计出有多少粪便串成功地离开了海洋表层，更重要的是，它们带走了多少碳。我们最乐观的估计是，生活在MIZ的南极磷虾每年通过它们的粪便向深海输送3900万吨碳。这是一个最低的估计，因为许多磷虾生活在禁飞区以外的其他地区。尽管如此，这一最低估计表明，南极磷虾在它们的粪便中转移的碳量相当于目前英国境内所有汽车、公共汽车、火车甚至飞机排放的碳量!因此，这些群居的、饥饿的浮游植物食者也是重要的气候工程师，因为它们每天都在做必须做的事情——排便。

磷虾与气候

磷虾或其他动物或鱼类的粪便一旦进入深海，就会在那里停留10年、100年甚至1000年!这对气候非常重要，因为这意味着碳被锁在海洋深处，无法以二氧化碳的形式返回大气，而二氧化碳正是导致地球迅速变暖的原因。研究海洋中的动物很难，我们才刚刚了解到它们的粪便有多重要。所以，我们需要小心我们从海洋中获取的东西，以及我们对海洋群落的影响，不仅因为磷虾是许多动物的重要食物，而且因为它们的粪便可能对气候很重要!然而，下次你遇到暴风雨时，要心存感激，因为那只是落在你头上的水!

术语表

浮游植物：↑微小的植物状藻类。

浮游动物：↑只有微弱游泳动作的动物随着海洋或风力驱动的洋流漂流。

粪便的字符串：↑南极磷虾等动物产生的粪便，在管状膜内含有大量部分消化的食物，通常富含碳。

南极磷虾：↑生活在南极洲周围水域的甲壳类游泳动物。

布鲁姆：↑海洋的一个区域，由于快速繁殖，这里的海洋植物高度集中。

边缘冰区(MIZ)：↑浮冰和公海之间的过渡地带，这里有不同数量的冰和开阔水域。

利益冲突

作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。

致谢

我们要感谢我们的年轻读者Arwen Tarling，感谢他对这篇手稿的批判性评论。

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原文

↑贝尔彻，A.，亨森，S. A.，曼诺，C.，希尔，S. L.，阿特金森，A.，索普，S. E.等。2019。磷虾的粪便颗粒驱动了边缘冰区中隐藏的有机碳颗粒脉冲。Nat。Commun．10:889。doi: 10.1038 / s41467 - 019 - 08847 - 1

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参考文献

[1]↑帕尔克，P.，杜凯维奇，S.，福洛斯，M. J.和伊藤，T. 2006。大气中的二氧化碳在一个少尘的世界里。地球物理学。卷。33: L03610。gl025098 doi: 10.1029/2005

[２]↑塔林，G. A.和菲尔丁，S. 2016。“南极磷虾的群集和行为，”在南极磷虾的生物学和生态学中，ed V. Siegel (Cham:施普林格)。p . 279 - 319。doi: 10.1007 / 978 - 3 - 319 - 29279 - 3 - _8

[3]↑塔林，G. A.，克莱弗杰，T.，菲尔丁，S.，沃特金斯，J.，阿特金森，A.，墨菲，E.等，2009。南极磷虾群结构的可变性和可预测性。深海保护区。第一部分56:1994 - 2012。doi: 10.1016 / j.dsr.2009.07.004

[4]↑贝尔彻，A.，亨森，S. A.，曼诺，C.，希尔，S. L.，阿特金森，A.，索普，S. E.等。2019。磷虾的粪便颗粒驱动了边缘冰区中隐藏的有机碳颗粒脉冲。Commun Nat。10:889。doi: 10.1038 / s41467 - 019 - 08847 - 1

［5］↑阿特金森，A.，希尔，S. L.， Pakhomov, E. A.，西格尔，V.，赖斯，C. S.，勒布，V. J.等。2019。磷虾(Euphausia superba)的分布在快速的区域变暖期间向南收缩。Nat,爬。改变9:142-7。doi: 10.1038 / s41558 - 018 - 0370 - z

[6]↑克拉克，A，奎汀，L. B.和罗斯，R. M. 1988。南极磷虾(Euphausia superba)粪便颗粒生产速率的实验室和现场估计。3月的杂志。98:557 - 63。doi: 10.1007 / BF00391547