UVP+EcoTaxa在海洋弱光層生物研究的應用
Nature新評論：UVP+EcoTaxa用于海洋弱光層生物研究！
海洋弱光層中大量存在的長鉆光魚（來源：Woods Hole Oceanographic Institution/Paul Caiger）
摘要：海洋弱光層在海洋生態系統中擁有重要的地位。目前，人們對該區域的了解甚少，那里的生物多樣性和功能也未被深入研究。最新發表的Nature評論文章倡議：要對弱光層進行一次“海洋人口普查”，并特別提到：UVP和EcoTaxa等新設備、新技術可幫助對弱光層的浮游生物進行研究！
弱光層是海洋真光層與無光層之間的過渡層，是海洋表層生物與深海生態系統之間的連接樞紐。它在清除大氣中的二氧化碳及將碳儲存到深海中起著重要的作用。另外，弱光層中包含了世界海洋中最大的魚類資源，并且開發甚少。地球上最大的遷徙活動也發生在弱光層。
與靠近海岸及大陸架上方的水域相比，海洋弱光層目前更加原始，且受到破壞的程度更低，因此它更加需要得到人們的關注，從而在它受到破壞之前對它進行研究、保護。2020年3月31日，Nature發表評論文章，呼吁全球科學家關注海洋弱光層生物。文章提到：想要研究弱光層的功能，首先應該搞清楚這個問題：有多少生物生活在弱光層，它們的多樣性如何？并提出可以利用一系列創新的工具和技術，對弱光層進行一次“海洋人口普查”。
文章中認為從細菌到大型鯨類動物的有機生物體都需要被計數。像水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統（UVP）這樣的設備就可以部署到弱光層，用來幫助捕獲浮游生物的圖像。
UVP5主要用來研究大型（>100 µm）顆粒物和浮游生物，可以對水中顆粒物和浮游生物進行量化。它采用傳統的照明設備和經電腦處理的光學技術，能夠獲得浮游生物的原位數字圖像，最大操作深度可達6000m。另外，新版本的UVP6-LP還可以搭載到低速，空間有限及功率低的載體上，如剖面浮標，滑翔機，浮標，系泊設備，水下機器人等，從而擴展取樣范圍，獲取科考船只無法到達區域的浮游生物圖像。
UVP5水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統圖片
UVP6-LP搭載到Argo浮標及ROV上
將UVP拍攝得到的圖片進行處理后，可上傳到一個基于Web的應用程序——EcoTaxa上面，然后利用上面已有的數據庫對獲取的浮游生物圖片進行自動鑒定、分類，從而得到該批浮游生物具體的分類統計數據。
UVP5及UVP6-LP拍攝的浮游生物圖片
此外，也可以通過實驗室研究的方式來探究弱光層的浮游生物種類組成。使用浮游生物網在弱光層特定站位采樣后，采用甲醛等固定液將其固定保存。保存好的浮游動物樣品隨后可利用ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統進行分析。
ZooSCAN可以對浮游生物樣品掃描，形成數字化圖像，其自帶的ZooProcess軟件會以標準化的程序處理原始圖像并測量圖片中不同個體的形態學參數，通過對形態學參數的提取與分析，可進一步獲得樣品的粒徑組成、生物學體積等信息。最后，通過EcoTaxa已建立的浮游生物數據庫，針對已掃描的樣品圖像進行種類自動識別，獲得不同類群浮游生物的數量。
ZooSCAN可以對浮游生物樣品掃描，形成數字化圖像，其自帶的ZooProcess軟件會以標準化的程序處理原始圖像并測量圖片中不同個體的形態學參數，通過對形態學參數的提取與分析，可進一步獲得樣品的粒徑組成、生物學體積等信息。最后，通過EcoTaxa已建立的浮游生物數據庫，針對已掃描的樣品圖像進行種類自動識別，獲得不同類群浮游生物的數量。
ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統圖片
EcoTaxa對UVP獲取的浮游生物圖片進行分類鑒定
EcoTaxa對ZooSCAN獲取的浮游生物圖片進行分類鑒定
而較大些的生物可以采用短程高頻聲學類的傳感器進行識別，當把這些設備部署在弱光層時，可以幫助區分魚類和管水母。此外，從環境中獲取的DNA也可以用來推斷某些行蹤隱蔽或者比較脆弱的動物種類及其多樣性，如喙鯨和凝膠狀生物。
世界人口的增長對食物的需求越來越大；海底開采礦物和金屬可能會將廢物釋放到該地區；氣候變化正在改變海洋的溫度、酸化和氧氣水平……這些問題都在使海洋弱光層面臨著巨大的風險與挑戰，從而也敦促著世界范圍內的科學家要加快速度，對這個復雜的全球生態系統產生足夠的了解，從而判斷氣候變化和人類活動對它的影響及其未來可能的發展趨勢。
水德愿與您同行，一起抓住機遇，加快對海洋弱光層研究的腳步，為后代保護這一巨大的生態系統作出貢獻！
參考文獻
世界人口的增長對食物的需求越來越大；海底開采礦物和金屬可能會將廢物釋放到該地區；氣候變化正在改變海洋的溫度、酸化和氧氣水平……這些問題都在使海洋弱光層面臨著巨大的風險與挑戰，從而也敦促著世界范圍內的科學家要加快速度，對這個復雜的全球生態系統產生足夠的了解，從而判斷氣候變化和人類活動對它的影響及其未來可能的發展趨勢。
水德愿與您同行，一起抓住機遇，加快對海洋弱光層研究的腳步，為后代保護這一巨大的生態系統作出貢獻！
參考文獻
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