Moderne teknologi giver os mange ting.

Alle de fisk, vi ikke kan se


Denne artikel blev oprindeligt omtalt på Hakai Magasinet, en online publikation om videnskab og samfund i kystnære økosystemer. Læs flere historier som denne på hakaimagazine.com.

Havet har en måde at øge forventningerne på. Fire etager høje slyngelbølger topper og kollapser uden varsel. Lyset bøjer sig hen over overfladen for at fremtrylle kimære byer, der svæver i horisonten. Og vandige ødemarker viser sig at være alt andet end. Sådan var det også for forskerne ombord på USS Jaspis i sommeren 1942. Når den guppede i uroligt hav ud for San Diego, Californiens kyst, sendte akustisk fysiker Carl F. Eyring og hans kolleger, som havde fået til opgave at studere en sonaranordning, som flåden kunne bruge til at opdage tyske ubåde, lyd. bølger ud i dybet. Men da ekkoerne af deres test kom tilbage, afslørede de et forvirrende fænomen: overalt hvor skibet gik, opdagede ekkoloddet en masse næsten lige så solid som havbunden, der lurede omkring 300 meter eller mere under overfladen. Endnu mere mystisk syntes denne falske bund at skifte i løbet af dagen.

Folk havde deres teorier – stimer? defekt udstyr? - men bortset fra at registrere anomalien, lod videnskabsmænd mysteriet glide. (Der var trods alt en krig på.) Det var først i 1945, da oceanograf Martin Johnson kastede net i Stillehavet for at se nærmere på, at synderen endeligt blev afsløret: en enorm sky af havdyr, de fleste mindre end en menneskelig hånd, der bevægede sig fra det dybe hav til overfladen og tilbage hver dag.

Siden 1940'erne har videnskabsmænd fjernet mysterierne bag denne vertikale migration og de skabninger, der deltager i den. Indtil for nylig fokuserede forskningen på zooplankton og små organismer, der forsømmer deres større rovdyr. Men teknologiske fremskridt har gjort det muligt at slå fødekæden op i den migrerende sky for at undersøge de forskelligt snigende, mærkelige og slimede fisk i den mesopelagiske zone, det marine "tusmørke"-område mellem omkring 200 og 1,000 meter dybt, hvor den sidste stråler af overfladelys trænger ind, før de forsvinder i havets absolutte mørke nedenfor. Og den forskning er begyndt at afsløre noget så betydningsfuldt – og mystisk – som migrationens første dokumentation fra videnskabsmænd: ved at flytte kulstof gennem havet kan vandrende fisk i tusmørkezonen, som er tykt fordelt nok til at have narret en sonar, også spiller en vigtig rolle i at stabilisere klimaet.

Forskere forsøger nu at kvantificere, hvor meget kulstof fisken i et af klodens mest uudforskede økosystemer er fra havets overflade til det dybe hav. Utilgængeligheden af ​​disse fisk gør dette arbejde mere udfordrende end konventionel fiskeriforskning, men det haster ikke desto mindre: det samme teknologiske fremskridt, der gør det muligt at studere mesopelagiske fisk, gør det også mere fristende at høste dem, selvom klimaændringerne truer med at omforme økosystemet.

Mesopelagiske fisk er endnu ikke kommercielt udnyttet, selvom der er projekter i gang for at undersøge artens omsættelighed og de bedste metoder til at høste dem. Forskere, der arbejder i dette område, er derfor i den sjældne situation, at de er i stand til at vurdere potentielle påvirkninger fra fiskeri, før de sker. Men med så mange ubekendte er spørgsmålet tilbage: kan de gøre det i tide – for fiskenes og vores egen skyld?


På en lys dag ved havets overflade, med lysstråler, der svæver fra vandet i alle retninger, kan det føles, som om sollys er alt, hvad der er. Noget af dette lys trænger under overfladen ind i det tynde væv af oplyst hav kendt som den eufotiske zone, hjemsted for alle undtagen de dybeste alger, fytoplankton og næsten alle kommercielt fiskede arter. Under dette lag begynder sollys dog at blive irrelevant, og tingene bliver mærkelige: vandet er for grumset til fotosyntese, lidt mad er tilgængeligt, og fiskene er dybt, rungende mærkelige. Tag teleskopfisken, et båndlignende væsen toppet med et sæt perleformede rørformede øjne og et Cheshire-kattegrin med børstehår, eller Sloane's hugormfisk, hvis kæbe kan løsne sig for at fange et bytte, der er mere end 50 procent større end ham selv mellem dens klare, udsøgt spidse tænder .

I 1932 satte den amerikanske naturforsker William Beebe ud for at udforske dette økosystem i et fartøj kendt som en bathysphere (en stålkugle suspenderet fra et forskningsskib som et pendul). Hans første løb på udflugten blev skæmmet af rystende uheld, såsom en lækage omkring døren på 90 meter og en fejl i kommunikationssystemet. Beebe, der opererede med de virkelig besattes uudslukkelige entusiasme, nåede til sidst til dybder på mere end 700 meter, hvor han blev belønnet med glimt af fisk, der er cirka to meter lange, med hugtænder "belyst enten af ​​slim eller af indirekte indre lys." og en havtaske kronet med tre tentakler med let spids. "Ingen pioner, der kigger på et Mars-landskab, kunne nogensinde have en større spænding end jeg gjorde," skrev han senere.

Alligevel er det mest bemærkelsesværdige ved mesopelagiske fisk ikke, hvad de er, men hvad de gør.

Hver dag deltager mange mesopelagiske fiskearter i den største regulære migration på planeten. I denne proces, kaldet diel vertikal migration, bevæger dyr som lanternefisk (en af ​​de mest udbredte slags mesopelagiske fisk) sig fra det dybe vand, hvor de er beskyttet mod rovdyr i løbet af dagen, til overfladen, hvor de fodrer natten over – en pendling på op til en kilometer for væsner, hvis kroppe på størrelse med iPhone for det meste optages af lysproducerende organer og store runde øjne. (Tænk sardiner med overdimensionerede googly øjne.)

Når de først er kommet til overfladen, øser fisk kulstof op ved at spise zooplankton, som selv spiser små organismer kaldet fytoplankton, som absorberer kuldioxid gennem fotosyntese. Fisk bærer så det kulstof ned i dybet, hvor de trækker vejret eller udskiller det? jo dybere dette sker, jo længere tid forbliver kulstoffet låst væk. Denne transformation fra kuldioxid til kulstof fra dybhavet er en del af den biologiske kulstofpumpe, den mekanisme, der bidrager til havets evne til at absorbere 25 procent af alle globale kulstofemissioner.

At få styr på mesopelagiske fisks rolle i denne cyklus - som indtil for nylig var relativt ustuderet - er kompliceret, ikke mindst fordi det er svært at sige, hvor mange mesopelagiske fisk der faktisk er.

Santiago Hernández-León, en biologisk oceanograf ved Institute of Oceanography and Global Change på De Kanariske Øer, ud for Spaniens kyst, har kæmpet med dette problem i årtier. I 2010 deltog Hernández-León i en spansk-ledet forskningsrejse kaldet Malaspina Circumnavigation Expedition. Over omkring 60,000 kilometer observerede forskere den mesopelagiske zone ved at bruge ekkolod. Indtil da blev de fleste estimater af mesopelagiske fisk - målt som biomasse - lavet ved hjælp af net og indikerede et tyndt befolket økosystem. Men Malaspina-ekspeditionens akustiske observationer afslørede, at disse skøn var en vild fejlberegning - mesopelagisk fiskebiomasse var ikke en milliard tons, som tidligere antaget, men 10 milliarder tons eller mere, hvilket gør det til omkring 90 procent af al fiskebiomasse i havet.

Alligevel er det en udfordring at forfine eller bekræfte disse tal? net forbliver et vigtigt værktøj til estimering, og mange mesopelagiske fisk er næsten perfekt tilpasset til at unddrage sig fangst. Plankton i vandet afgiver en selvlysende gnist, når den bliver ramt, og mange mesopelagiske fisk har store øjne, der hjælper dem med at se den bioluminescens op til 20 meter væk. Som følge heraf lyser en forskers indgående net op som et juletræ, og de fleste fisk kommer simpelthen af ​​vejen. "Vi har brug for biomassen af ​​fisk for at evaluere mængden af ​​kulstof, de transporterer," siger Hernández-León. "Hvis vi kun er i stand til at [fange] mindre end 20 procent af dyrene, kender vi ikke den reelle værdi."

For at løse dette har Hernández-León og hans team udviklet videokameraer, der kan sænkes til dybder på op til 6,000 meter. For at undgå at sætte planktonalarmen i gang, eksperimenterede forskere med at lade et kamera stå stille på 170 meter for at se, om fisk ville passere foran det, hvilket de gjorde. Disse data blev derefter sammenlignet med data fra et ekkolod for at bekræfte, at de filmede fisk var vertikale migranter. "Vi vurderede biomassen, og [den] var meget høj? en størrelsesorden højere, end vi vurderer med trawlet,« forklarer han. Hernández-León og andre forskere eksperimenterer også med ekkolod, der bruger specifikke frekvenser til at udvælge forskellige arter fra den mesopelagiske sky mere præcist.

Men selvom det samlede antal fisk kan være det største spørgsmål, er det ikke det eneste.

"Hvis du forsøger at beregne, hvor meget kulstof en enkelt fisk flytter hver dag fra havoverfladen ind i den mesopelagiske zone, er der omkring 30 forskellige parametre," siger Helena McMonagle, ph.d.-kandidat ved University of Washington og gæstestuderende ved Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI). Alt fra hvor meget ilt og kuldioxid fisk trækker vejret ind og ud til andelen af ​​deres afføring, der synker ned i de mesopelagiske former, hvor meget kulstof fisk pendler ud i det dybe hav. I 2018 lancerede WHOI et stort initiativ kaldet Ocean Twilight Zone-projektet, der sigtede mod bedre at forstå den mesopelagiske region. I sin del af projektet har McMonagle forsøgt at pirre de vigtigste kilder til usikkerhed i fiske-carbon transportbåndet. Denne forskning tyder på, at fiskenes åndedrætshastigheder, som påvirker, hvor meget kulstoffisk, der bevæger sig fra havoverfladen ind i det dybe hav, når de trækker vejret i løbet af dagen, er særligt virkningsfulde. Dette tal kan variere meget afhængigt af, hvordan det beregnes. "Disse parameterusikkerheder tilsammen fører os til en seksdobbelt variation kun for en enkelt fisk," siger hun.

Som en del af en forskningsrejse i Nordatlanten har McMonagle haft en vis succes med målinger ombord – måling af respirationsfrekvenser for netop fangede lanternefisk, før de aflives humant – men det er stadig vanskeligt at indsamle data; Bløde fisk, der plejede at tilbringe deres liv op til en kilometer under overfladen, overlever ikke altid at blive trukket op af vandet og ført til laboratoriet. "De er meget skrøbelige," siger hun.

Alligevel kan laboratoriearbejde på andre arter hjælpe med at udfylde billedet - især når forskere ikke kun undersøger, hvad der går ind i fisken, men hvad der kommer ud i den anden ende.


Ligesom ekkolodsforskere i 1940'erne blev Lauren Cook interesseret i mesopelagikken gennem et ekkolod. Mens han gennemførte en bachelor-sommerpraktik, fik Cook adgang til ekkolodsdata fra et skib, der foretog ture mellem New Jersey og Bermuda. Rutgers University-ph.d.-kandidaten kortlagde back scatter-dataene og sporede bølgerne af migrerende havliv.

For Cook rejste denne oplevelse spørgsmål om præcis, hvordan fisk eksporterer kulstof til det dybe hav. Men da det blev tid til deres ph.d., fokuserede Cook i stedet på en mere tilgængelig art: Atlantic menhaden, en foderfisk, der generelt vejer omkring 450 gram og høstes kraftigt langs den østlige kyst.

Menhaden, en kystpelagisk art, opholder sig i overfladevand og rejser ikke så dybt som mesopelagiske fisk. Men ligesom mesopelagiske fisk har deres afføring potentiale til at rejse meget dybt, og den rejse giver fisk en måde at deltage i den biologiske kulstofpumpe.

Undersøgelse af, at fiske afføring, dog ikke let kan opnås i havet.

“Det er meget svært at finde fiskeaflejringer? den er stor, den synker hurtigt,” siger Cook. "Også det er dybest set umuligt at finde ud af, hvem den fiskeaflejring tilhører, når du finder den, og at måle alle disse ting i marken."

I stedet har Cook sat voksen menhaden fanget af lokale fiskere i laboratoriegrave, fodret dem med et solidt måltid og målt konsekvenserne. (En af disse målinger: menhaden afføring er cirka fire millimeter lang, omtrent på længden af ​​en grøn linse.) Disse prøver bruges til at estimere fækal pelletproduktion og synkehastigheder - sidstnævnte er en vigtig faktor, da det er fiskenes hurtige synkehastighed ' afskav, sammenlignet med den langsommere synkehastighed for aftæring af organismer som zooplankton, der gør menhaden-aftæringen til et potentielt godt køretøj til kulstofeksport.

Ud fra de få målinger, som videnskabsmænd har foretaget, anslås det, at fiskeaflejringer synker hundreder til omkring 1,000 meter om dagen, siger Cook, "hvorimod disse andre mindre partikler kan synke en til 10 meter om dagen." Dette betyder, at kulstoffet i fiskeaflejring er mindre tilbøjeligt til at blive genbrugt tilbage i vandet på sin rejse ind i dybet og er mere tilbøjelig til at nå havbundens sedimenter, hvor det har potentiale til at blive sekvestreret i århundreder.

Med denne information og andre parametre bygger Cook en model til at estimere, hvor meget kulstof menhaden-befolkningen som helhed eksporterer til dybhavsvande eller sedimenter, inklusive underforventede stigninger i vandtemperaturer på grund af klimaændringer. (Varmere vand påvirker fiskemetabolismen, hvilket kan ændre, hvor meget kulstof, der sendes ind i dybet via afføring.)

For mesopelagiske fisk frigives deres afføring potentielt både på et dybere punkt i vandsøjlen og længere fra kysten, hvor selve havet er meget dybere. Det betyder, at det er endnu mere sandsynligt, at deres afføring kommer til et sted i det dybe hav, hvor kulstoffet i det er lagret på lang sigt. Men at bringe mesopelagiske arter ind i laboratoriet for at studere dette mere detaljeret, som Cook gør med menhaden, er fortsat en udfordring.

Grace Saba, lektor ved Rutgers University (og Cooks ph.d.-rådgiver) og leder af en international arbejdsgruppe om fiskekulstof, siger, at dissekere døde mesopelagiske fisk for at undersøge det fækale materiale i deres tarm kan hjælpe med at give indsigt i vægten eller kulstofindholdet af mesopelagisk afføring af fisk, men deres fordøjelsestid - og derfor, om de faktisk slipper al den afføring i dybden eller tættere på overfladen, når de fodrer - er et mysterium. "Det vil have enorme konsekvenser med, hvor meget de rent faktisk transporterer ned, og hvor meget der bliver nede."

Alt i alt er det et indviklet gobelin, hvori der er mange huller tilbage? nogle forskere vurderer, at omkring 10 milliarder tons kulstof trækkes fra havets overflade til dybt vand via den biologiske kulstofpumpe hvert år, og nogle undersøgelser tyder på, at alt fra 0.3 til 40 procent eksporteres af migrerende mesopelagiske fisk. (Til sammenligning udledte global transport omkring otte milliarder tons drivhusgasser i 2022, ifølge Det Internationale Energiagentur.) Ikke al den kulstof, der sendes til dybt vand eller sedimenter, forbliver der dog på lang sigt. Nylige skøn anslår den samlede mængde kulstof, der er bundet til omkring 1.2 billioner tons, hvoraf omkring 20 procent kommer fra mesopelagiske fisk, ifølge en model. (Det organiske materiale i den øverste meter jord på verdensplan lagrer derimod omkring 1.5 billioner tons.)

Men selvom tusmørkezonen og fiskenes bidrag til kulstofbinding begynder at komme i fokus, er der ændringer i horisonten.


I løbet af de sidste par årtier har mesopelagiske arter tiltrukket sig interesse som fødekilde for en stadig mere sulten verden. Dette har foranlediget projekter som det EU-finansierede MEESO-projekt, der tager sigte på bedre forståelse af overflod og fisketeknologier for vigtige mesopelagiske arter, som skal afsluttes i 2024. Norge har kørt et forsøgsfiskeri efter mesopelagiske fisk siden 2016, og Island eksperimenterede også med en mesopelagisk fiskeri, især i 2009 og 2010.

Disse har ikke været de første tilfælde af nationer, der dypper en tå ned i mesopelagiske områder.

I anden halvdel af det 20. århundrede kiggede Sovjetunionen, der kæmpede for at forsyne sin voksende befolkning med protein, mod havet. "Du så en massiv stigning i mængden af ​​penge, der blev omdirigeret til fiskeriministeriet, hvilket førte til udtømning af fiskebestandene i farvande nær Rusland," siger Slater Payne, medforfatter til et papir om Sovjetunionens mesopelagiske fiskeri, som led i arbejdet med WHOI's Twilight Zone-projekt. I 1970'erne førte øget rivalisering om fiskeressourcer, samt stramning af internationale regler, USSR til at starte et fiskeri, som der ikke var nogen konkurrence om: mesopelagiske lanternefisk.

Destinationen for denne endnu ikke-målrettede dusør? Husdyrfoder, siger Payne.

Denne udnyttelse af mesopelagien krævede en enorm høstindsats i det sydvestlige Indiske Ocean og det sydlige Atlanterhav, herunder brug af både med helikoptere og fiskeforarbejdningsfaciliteter til at understøtte en flåde af mindre fiskefartøjer. Efter Sovjetunionens kollaps - sammen med dets fiskerisubsidier - kollapsede farten i fiskeriet også.

Fyrre år senere blev interessen for at fiske den mesopelagiske art genoplivet, især blandt lande i Nordeuropa, efter at Malaspina Circumnavigation Expeditionen i 2010 leverede det reviderede skøn over mesopelagisk biomasse. Det var denne interesse, der udløste initiativer som MEESO-projektet, der forsøger at besvare både økonomiske og biologiske spørgsmål om mesopelagisk fiskeri.

Arbejdet fra Runar Gjerp Solstad, en forsker ved Nofima, et norsk forskningsinstitut, der har samarbejdet om MEESO-projektet, tyder på, at det er usandsynligt, at en mesopelagisk fisk ender på nogens middagstallerken. Solstads arbejde har fokuseret på at vurdere fødepotentialet for en af ​​målarterne, Muellers perleside, en mesopelagisk fisk. For den menneskelige gane har resultaterne ikke været lovende.

"Det smager rigtig dårligt," siger han. "Der er ingen anden måde at sige det på."

Alligevel, som det var tilfældet med det hedengangne ​​mesopelagiske fiskeri i USSR, ligger en stor del af interessen i at bruge mesopelagiske fisk som føde for andre dyr, som atlantisk laks. Med efterspørgslen efter fisk og skaldyr, især fra akvakultur, der forventes at fordobles i 2050, siger nogle videnskabsmænd og fiskere, at den endelige udnyttelse af mesopelagien er sandsynlig - men det er en høst, der kan have utilsigtede konsekvenser.

Et kig på det eksisterende kommercielle fiskeri antyder, hvor alvorlige disse konsekvenser kan være. I 2020 publicerer forskere i tidsskriftet Science Forskud estimeret, at ved at fjerne fisk, der ellers ville tisse og dø - en anden måde for kulstof til at nå det dybe hav - har mennesker effektivt forhindret bindingen af ​​22 millioner tons kulstof.

Men ud over fiskeriet kan den større ændring af den mesopelagiske zone komme fra klimaændringer.

For cirka 1.5 millioner år siden, s klima var -floder omkring 4 °C mellem istid og balmere perioder. Palæontolog Konstantina Agiadis forskning tyder på, at denne hurtige udsving - i det mindste på en geologisk tidsskala - i den tidlige midterste Pleistocæn havde en betydelig effekt på tusmørkezonen.

Ved at studere de fossiliserede otolitter, eller øresten, af lanternefisk fra denne periode, fandt Agiadi, en postdoktor ved Universitetet i Wien i Østrig, ud af, at den gennemsnitlige kropsstørrelse for mesopelagiske fisk krympede med 35 procent, efterhånden som klimaet blev varmere. (Varmere vand fremskynder fiskemetabolisme, hvilket får dem til at modnes og stoppe med at vokse, ved en mindre kropsstørrelse.) Dette ville have haft konsekvenser for den biologiske kulstofpumpe, siger Agiadi, da mindre fisk rejser kortere afstande, hvilket betyder, at mindre kulstof eksporteres til det dybe hav.

Mens denne epoke oplevede større temperaturstigninger end alle undtagen de værst tænkelige scenarier for vores nuværende periode med menneskeskabte klimaændringer, siger Agiadi, at erfaringerne fra dyb tid viser, at der er behov for større forståelse af den mesopelagiske zone og dens forhold til den foranderlige verden omkring det.

"[Mennesker] har en historie med at udnytte ting, vi ikke forstår," siger hun. "Der er mulighed for nu at komme foran dette og støtte intens forskning på dette område."

De fleste mesopelagiske levesteder er i det åbne hav, uden for nogen nations grænser. Som Amanda Schadeberg, ph.d.-kandidat ved Wageningen University & Research i Holland, har påpeget, i mangel af national jurisdiktion eller traditionelle brugere, kunne videnskabsmænds beslutninger – om hvor mange mesopelagiske fisk der er, og hvor meget kulstof de optager – forme den globale politik. Dette inkluderer spørgsmål om, hvordan man balancerer maden der kunne støttes op ved at høste mesopelagiske fisk mod behovet for afbødning af klimaændringer og fiskenes rolle i økosystemet, eller hvordan man tildeler en dollarværdi til disse fiskes kulstofbindingspotentiale. (Fraværet af national jurisdiktion øger dog også risikoen for utilsigtede konsekvenser fra aktiviteter som fiskeri.) De tidlige konturer af forskning i den mesopelagiske zone tyder på, at den slags brede spørgsmål allerede bliver stillet? Grace Saba siger, at meget af den hurtige stigning i interessen for kulstofeksport fra fisk i løbet af de sidste to år har fokuseret på at vurdere fisk som en del af en blå kulstof-klimaløsning.

Nogle forskere siger, at interessen for mesopelagicerne risikerer at blive en distraktion, herunder behovet for at reducere de igangværende emissioner, der allerede sender så meget kuldioxid ud i havet. Det har også potentialet til at skæve prioriteringer på en anden måde, siger Schadeberg, da mesopelagisk forskning er dyr - og domineret af forskere i velhavende lande - hvilket betyder, at en lille gruppe mennesker har potentialet til at forme beslutninger, der er konsekvensen for hele planeten.

Alligevel kan det mesopelagiske også indeholde en lektion om værdien af ​​ydmyghed. For ikke så længe siden blev havets skumringszone betragtet som relativt blottet for liv. At se nærmere på denne del af havet har vist os, hvor dybt usandt det er. Uden at vi ved, kan små fisk, der rejser lange afstande, være med til at holde planeten beboelig. Det mindste, vi kan gøre for at gengælde tjenesten, er at acceptere, hvor meget der er tilbage at lære.

Denne artikel kom først ud i Hakai Magasinet og genudgives her med tilladelse.





VIA: popsci.com

Følg TechWar.gr på Google News

svar