探寻海藻秘密，与冰川消融反向赛跑

史大林乘坐“嘉庚”号科考船出海科考。受访对象供图

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史大林在“洁净实验室”做实验。受访对象供图

当2011年，史大林和妻子洪海征前后脚回到母校厦门大学，进入近海海洋环境科学国家重点实验室任职后，摆在他们面前的是两条路——

一条路国内几乎无人涉足，研究海洋中藻类与痕量金属；另一条路则是安全稳妥的，研究其他更易控制的因素对藻类生产力的影响。“前者的研究方向，实现起来困难重重。后者，是大多数人选择的传统方向。”史大林的心不免摇摆。

最终，他们选择了少有人走的路，勇于冒险进入未知领域。

“痕量”，指的是极小的量，在海洋中，一些痕量元素（例如铁、磷）的浓度往往在纳摩尔/升甚至更低的水平。去年11月，史大林团队揭示了海洋中磷浓度下降会加剧海洋酸化对束毛藻固氮作用的抑制效应及其机理，为理解和预测全球变化对海洋氮循环的影响及其生物地球化学效应提供了重要科学依据。

“当二氧化碳升高时，海水的pH会下降，造成海洋酸化。我们发现，海洋酸化会抑制束毛藻固氮的功能，随着海水中磷浓度的下降，这种抑制作用会增强。”史大林说。

从全球变暖说起

2007年8月，在美国阿拉斯加湾外的一个铁限制海区，史大林参加了一次为期42天的、他人生中的第一次出海科考。

“靠岸后，我们一路驱车前往冰川国家公园，一座又一座冰川映入眼帘，牌子上的年份代表着当年冰川的冰覆盖到的地方，车越往前开，冰覆盖的范围就越小了。”这景象，令史大林震撼。

导致冰川消退的罪魁祸首，就是全球变暖。

工业革命以来，海洋吸收了约三分之一人为排放的二氧化碳，以迄今3亿年来最快的速度酸化。“酸化加剧，影响海洋生态系统的关键过程和功能。”史大林说。

“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期。我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。“增汇，即增强吸收捕获二氧化碳的能力，是实现‘双碳’目标的重要方式之一。”史大林说。

如何增汇？被称为大海中的“阳光使者”——浮游植物，能通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，将其转化为鱼类等海洋生物能吸收利用的有机碳，是海洋中整个食物链、食物网的基础。

在海洋浮游植物中，还有一种特别的存在——固氮藻类（如，束毛藻）。“它们可以通过体内的固氮酶，将氮气转化为生物可利用的氮营养盐，从而给自己和其他浮游植物提供营养。”史大林说。

换句话说，有了固氮藻类“施肥”，其他浮游植物便可获得养分执行光合作用、吸收大气中的二氧化碳，从而调节全球气候。

这些看不见摸不着的固氮藻类，让史大林倾注了十多年心血。“海水酸化，对藻类固氮起到怎样的作用？海洋中痕量元素的浓度下降，对藻类的生产力产生怎样的影响？”

理想状态下，似乎把海藻培养在不同的海水环境里测一测，就能得到答案。但史大林对此却存疑，“海洋中的各种因素和成分与实验室里不尽相同，所用的人工海水若被污染，一旦有配方外的其他物质混入，也会影响束毛藻的生长”。

他想在厦大，建一个达到国际最高标准的“洁净实验室”。

打造“洁净实验室”

“洁净实验室”，要求空气中颗粒物含量得足够低——所有的东西都得是非金属材质：塑料实验台，塑料灯罩，就连螺丝钉也得是塑料的。

“麻烦事”还有很多。“还需要一台全年无休的机器过滤空气，将金属颗粒挡在门外，电费投入也很可观。头疼的是，实验中要用到的盐酸需要高纯度，但当时国内的产品质量不稳定，能用的几乎没有。”史大林说。

对于年轻学者而言，选择这个方向意味着需要大量资金投入实验室建设、设备和耗材。“即使投入巨大，产出也难保障，风险太大了。”这是许多同行的评价。

史大林没有轻言放弃。“搜遍了各个电商平台，找到合适的塑料建材；又花了小一年，找到符合纯度的盐酸供应商。”团队在科研经费上精打细算，2014年，在厦门大学翔安校区建成了这间达到国际最高标准的“洁净实验室”。

自此，他们放开手脚，逐步提升研究的复杂度，从一个因子对藻类的影响，到更多因子的综合影响。

其间，团队结合碳、氮稳定同位素示踪技术以及分子生物学和多组学技术，解析海洋初级生产关键过程对环境因子改变的响应。

“我们发现，海水酸化会抑制束毛藻的固氮作用，还发现痕量金属铁和磷营养等的缺乏，会加剧酸化对束毛藻的生长和固氮的负效应。”史大林说。

航海“漂流”记

不满足于实验楼里的“洁净实验室”，史大林团队还在一次次尝试、一次次失败中，把实验室“搬”到海上。

2022年9月，浩瀚南海之上，一艘航船发出有节奏的轰鸣。甲板上，史大林带着团队忙碌着，借助团队建立的海上“痕量金属洁净实验室”和痕量金属洁净海水采集系统——“飞鱼拖体”，开展科考任务。

实验的条件极为苛刻。

从南海抽上来的由“飞鱼”采集的洁净海水，依次经过鱼体、隔膜泵、采水管等，直接接入集装箱洁净室，随后，科考队员身着“大白”服进行水样分装。其间，科考队员需要接力，多次将承载10升以上海水的培养桶往返搬运于实验室和甲板，对其进行不同的实验处理，每次实验需要搬运上百升的海水。

“除了体力的巨大消耗，还需要科考人员时刻保持清醒的头脑。”此类科考，在史大林团队愈发常态化。他们对包括南海北部海盆和热带西北太平洋在内的大面积海区的固氮速率和固氮生物群落开展了大尺度、高分辨率的观测。

这一次，团队利用嵌入通用地球系统模型的生物地球化学元素循环模型的模拟结果，估算了海洋酸化和磷限制的耦合对全球海洋束毛藻固氮作用的影响。“结果表明，至本世纪末全球海洋束毛藻固氮作用将因酸化和磷限制的联合作用下降，下降程度以西太平洋和北印度洋最为显著。”

在这一条人迹罕至的路上，史大林团队的累积越来越多。“我们还会坚持现场观测的工作，研究的范围也会渐渐从南海扩大到太平洋，再到全球海域。”

“海洋既是缓解气候变化的执行者，也是气候变化的受害者。”在史大林看来，凭着已有的知识，就可以行动起来为探索海洋、保护海洋做很多事了。“就像在与冰川消融的速度反向赛跑，需要每一代人不停地接力。”（记者 林霞）