UVP+EcoTaxa在海洋弱光层生物研究的应用
海洋弱光层中大量存在的长钻光鱼（来源：Woods Hole Oceanographic Institution/Paul Caiger）
摘要：海洋弱光层在海洋生态系统中拥有重要的地位。目前，人们对该区域的了解甚少，那里的生物多样性和功能也未被深入研究。最新发表的Nature评论文章倡议：要对弱光层进行一次“海洋人口普查”，并特别提到：UVP和EcoTaxa等新设备、新技术可帮助对弱光层的浮游生物进行研究！
弱光层是海洋真光层与无光层之间的过渡层，是海洋表层生物与深海生态系统之间的连接枢纽。它在清除大气中的二氧化碳及将碳储存到深海中起着重要的作用。另外，弱光层中包含了世界海洋中最大的鱼类资源，并且开发甚少。地球上最大的迁徙活动也发生在弱光层。
与靠近海岸及大陆架上方的水域相比，海洋弱光层目前更加原始，且受到破坏的程度更低，因此它更加需要得到人们的关注，从而在它受到破坏之前对它进行研究、保护。
2020年3月31日，Nature发表评论文章，呼吁全球科学家关注海洋弱光层生物。文章提到：想要研究弱光层的功能，首先应该搞清楚这个问题：有多少生物生活在弱光层，它们的多样性如何？并提出可以利用一系列创新的工具和技术，对弱光层进行一次“海洋人口普查”。
文章中认为从细菌到大型鲸类动物的有机生物体都需要被计数。像水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统（UVP）这样的设备就可以部署到弱光层，用来帮助捕获浮游生物的图像。
UVP5主要用来研究大型（>100
µm）颗粒物和浮游生物，可以对水中颗粒物和浮游生物进行量化。它采用传统的照明设备和经电脑处理的光学技术，能够获得浮游生物的原位数字图像，最大操作深度可达6000m。另外，新版本的UVP6-LP还可以搭载到低速，空间有限及功率低的载体上，如剖面浮标，滑翔机，浮标，系泊设备，水下机器人等，从而扩展取样范围，获取科考船只无法到达区域的浮游生物图像。
UVP5水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统图片
UVP6-LP搭载到Argo浮标及ROV上
将UVP拍摄得到的图片进行处理后，可上传到一个基于Web的应用程序——EcoTaxa上面，然后利用上面已有的数据库对获取的浮游生物图片进行自动鉴定、分类，从而得到该批浮游生物具体的分类统计数据。
UVP5及UVP6-LP拍摄的浮游生物图片
此外，也可以通过实验室研究的方式来探究弱光层的浮游生物种类组成。使用浮游生物网在弱光层特定站位采样后，采用甲醛等固定液将其固定保存。保存好的浮游动物样品随后可利用ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统进行分析。
ZooSCAN可以对浮游生物样品扫描，形成数字化图像，其自带的ZooProcess软件会以标准化的程序处理原始图像并测量图片中不同个体的形态学参数，通过对形态学参数的提取与分析，可进一步获得样品的粒径组成、生物学体积等信息。最后，通过EcoTaxa已建立的浮游生物数据库，针对已扫描的样品图像进行种类自动识别，获得不同类群浮游生物的数量。
ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统图片
EcoTaxa对UVP获取的浮游生物图片进行分类鉴定
EcoTaxa对ZooSCAN获取的浮游生物图片进行分类鉴定
而较大些的生物可以采用短程高频声学类的传感器进行识别，当把这些设备部署在弱光层时，可以帮助区分鱼类和管水母。此外，从环境中获取的DNA也可以用来推断某些行踪隐蔽或者比较脆弱的动物种类及其多样性，如喙鲸和凝胶状生物。
世界人口的增长对食物的需求越来越大；海底开采矿物和金属可能会将废物释放到该地区；气候变化正在改变海洋的温度、酸化和氧气水平……这些问题都在使海洋弱光层面临着巨大的风险与挑战，从而也敦促着世界范围内的科学家要加快速度，对这个复杂的全球生态系统产生足够的了解，从而判断气候变化和人类活动对它的影响及其未来可能的发展趋势。
水德愿与您同行，一起抓住机遇，加快对海洋弱光层研究的脚步，为后代保护这一巨大的生态系统作出贡献！
参考文献
Adrian M.et al. Nature 580, 26-28 (2020)
Hidalgo, M. & Browman, H. J. ICES J. Mar. Sci. 76, 609-615 (2019).
Drazen, J. C. Res. Ideas Outcomes 5, e33527 (2019).
Seibel, B. A. & Wishner, K. F. in Ocean Deoxygenation: Everyone’s Problem (eds Laffoley, D. & Baxter, J. M.) Ch. 8.1, 265-276 (IUCN, 2019).
DeVries, T., Primeau, F. & Deutsch, C. Geophys. Res. Lett. 39, L13601 (2012).
Giering, S. L. et al. Nature 507, 480-483 (2014).
Davison, P. C., Checkley, D. M., Koslow, J. A. & Barlow, J. Progr. Oceanogr. 116, 14-30 (2013).
Irigoien, X. et al. Nature Commun. 5, 3271 (2014).
Mayor, D. M., Sanders, R., Giering, S. L. C. & Anderson, T. R. Bioessays 36, 1132113 (2014).
Boyd, P. W., Claustre, H., Levy, M., Siegel, D. & Weber, T. Nature 568, 327-335 (2019).
Kwon, E. Y., Primeau, F. & Sarmiento, J. L. Nature Geosci. 2, 630-635 (2009).
Briggs, N., Dall’ Olmo, G. & Claustre, H. Science 367, 791-793 (2020).
Guidi, L. et al. Nature 532, 465-470 (2016).
Behrenfeld, M. J. et al. Nature 576, 257-261 (2019).
