草坪藻如何悄悄改變海底世界？海藻林的“綠色殺手”

▲上圖：海藻林是沿海地區(qū)高度繁盛的近岸海洋生態(tài)系統(tǒng)，在維持氣候穩(wěn)定方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在過去的幾十年里，全球評估的海藻林中有38%出現(xiàn)了總體下降，而僅有27%有所增加，導(dǎo)致預(yù)計每年全球海藻林損失率為2%。上圖是非洲大海藻林（Great African Seaforest）。?Sea Change Project（圖文無關(guān)）
你可能聽說過“海藻森林”或者“海藻林”（kelp forest）這個詞，但可能并不知道，它們對海洋生態(tài)有多么重要。其實，海藻森林就像海洋里的大森林一樣，是很多海洋生物的家?？墒?，近年來，很多海藻森林正遭遇一場悄無聲息的“入侵”，一種叫做草坪藻的植物正在悄悄地取代這些原本繁茂的海藻。

這背后是什么原因呢？又為什么草坪藻的出現(xiàn)會值得警惕？一項由美國比格羅海洋科學(xué)實驗室（Bigelow Laboratory for Ocean Sciences）牽頭的研究揭示，在緬因灣，一場悄無聲息卻深遠(yuǎn)的“化學(xué)戰(zhàn)爭”正在藻類之間展開，深刻影響著當(dāng)?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)的結(jié)構(gòu)與功能。草坪藻在用一種“隱秘”的方式，改變海洋生態(tài)的規(guī)則。這項 研究發(fā)表于2025年5月22日發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。

該研究首次揭示，地毯藻類通過釋放特定化學(xué)物質(zhì)，抑制了海帶的再生。這些化學(xué)物不僅能殺死海帶的配子體（gametophyte）——其早期生命階段，還造成一個自我強(qiáng)化的反饋循環(huán)：地毯藻類越多，釋放的有害物質(zhì)越多，海帶恢復(fù)就越難，從而進(jìn)一步鞏固了藻類的主導(dǎo)地位。

▲上圖：研究地點與珊瑚礁復(fù)原力的生態(tài)系統(tǒng)級模式。(A至C) 緬因州海岸的研究地點地圖（A），其中包括近年來海藻林已崩潰并被草皮藻取代的緬因州西南部重復(fù)研究地點（B），以及海藻林仍然占據(jù)主導(dǎo)地位的緬因州東北部重復(fù)研究地點（C）。圖（B）照片由D.S.Y.拍攝；圖（C）照片由S.P.F.拍攝。 (D至F) 2021年至2023年間，六個研究地點的成年海藻生物量（克/平方米）（D）、幼年海帶密度（數(shù)量/平方米）（E）以及草皮藻覆蓋率（F）。誤差棒表示2021年至2023年全球地點級平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。圖源：Shane P. Farrell et al（2025）

首先，我們得知道，海藻森林在海洋中扮演著一個非常重要的角色。它們不僅僅是海洋生物的棲息地，還能幫助凈化水質(zhì)，調(diào)節(jié)水中的營養(yǎng)物質(zhì)，甚至能影響海水中的溫度和光線。這些森林里的植物，有的像是森林里的大樹，有的像是草地里的小草，形成了一個非常復(fù)雜的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。海洋里的很多動物，比如一些小魚、貝殼類，甚至是一些海洋哺乳動物，都和海藻森林的健康有著密切的關(guān)系。它們在海藻森林里覓食、躲避天敵、繁衍后代。

但是，隨著全球氣候變暖和海洋環(huán)境的變化，這些原本茂盛的海藻森林卻開始“退化”了。一個看似不起眼的小角色——草坪藻（turf algae），正逐漸在這些海藻森林中占據(jù)了越來越多的位置。

草坪藻其實就是一類小型的海藻，看起來像是海底的“草坪”，它不像那些大的海藻那樣生長得很高，反而是一片片低矮的“草地”。它們是一類由多種絲狀藻類和藍(lán)細(xì)菌物種組成的異質(zhì)性群落，通常生長低矮，形成像草坪一樣的墊狀結(jié)構(gòu)，高度平均不超過10毫米。但問題是，草坪藻的生長速度非?？欤坏┧_始在某個區(qū)域繁殖，它就會迅速覆蓋原本的海藻，導(dǎo)致海藻無法生長和繁殖、占據(jù)其生態(tài)位。因此，草皮藻的擴(kuò)張被認(rèn)為是導(dǎo)致海洋生物多樣性下降、生態(tài)系統(tǒng)功能改變的重要因素之一。

那為什么草坪藻的這種快速生長會對海洋生態(tài)造成這么大的影響呢？

這個問題的答案，就在于草坪藻的“化學(xué)武器”里。

其實，草坪藻并不是單純靠競爭空間和光照來“打敗”其他海藻，它還有一個更為隱秘的武器，那就是通過釋放一些化學(xué)物質(zhì)，來抑制其他海藻的生長?？茖W(xué)家們通過實驗發(fā)現(xiàn)，草坪藻在生長的過程中，會向周圍的水中釋放一些化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠抑制海藻種子（孢子）的發(fā)芽和生長，甚至讓已經(jīng)長出的海藻受到傷害，無法繼續(xù)生長。也就是說，草坪藻不僅搶占了空間，還通過化學(xué)方式干擾了其他海藻的生長。

為了弄清楚這一點，科學(xué)家們在美國緬因州的海域做了一些實驗，進(jìn)行了三年的野外調(diào)查。他們采用了非靶向代謝組學(xué)方法（non-targeted metabolomics），分析了水體和海藻中的所有小分子成分。這一方法類似于“指紋識別”，可以識別成千上萬種未被命名的化學(xué)物質(zhì)。

他們通過分析草坪藻和其他海藻釋放的化學(xué)物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)草坪藻釋放的物質(zhì)，能夠直接影響周圍海水的化學(xué)環(huán)境，甚至讓其他海藻種類的孢子失去生長能力。簡單來說，草坪藻通過這些“毒藥”，讓周圍的海藻根本無法恢復(fù)生長。這就像是草坪藻給其他海藻設(shè)置了“陷阱”，讓它們無論如何都無法在這里“生根發(fā)芽”。

令人震驚的是，超過98%的檢測化合物在現(xiàn)有化學(xué)文獻(xiàn)中尚無記載。研究人員借助先進(jìn)的計算工具，對這些未知化合物進(jìn)行分子式、結(jié)構(gòu)以及化學(xué)家族的預(yù)測，從而揭示出地毯藻類統(tǒng)治區(qū)域的化學(xué)景觀與海帶森林截然不同。

隨后進(jìn)行的實驗顯示，海帶配子體在暴露于地毯藻類釋放的水體或其提取化合物時，存活率大幅下降，部分案例下降幅度高達(dá)500%。這直接證實了這些化學(xué)物質(zhì)在實際中對海帶幼體構(gòu)成了致命威脅。

▲上圖：采樣與分析工作流程圖。溶解有機(jī)物（DOM）使用定制的底棲有機(jī)物采樣器進(jìn)行收集，而海藻組織樣本則通過手工采集。所有樣本隨后進(jìn)行提取并利用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（UHPLC-MS/MS）進(jìn)行分析。經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制后，數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)化工作流程進(jìn)行統(tǒng)計分析、分子注釋、預(yù)測和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。圖源：Shane P. Farrell et al（2025）
那么，草坪藻是不是故意這樣做的呢？其實，草坪藻的這種行為并不是出于惡意，它更多的是一種“生存策略”。在自然界里，所有的植物和動物都在為爭奪資源而競爭。草坪藻通過釋放化學(xué)物質(zhì)抑制其他植物的生長，其實是在為自己爭取更多的空間和資源。就像我們生活中的一些植物，它們可能會通過產(chǎn)生某些特殊的化學(xué)物質(zhì)來防止其他植物在它們旁邊生長，草坪藻也是在采用類似的方式來獲得生存空間。

而這種生存策略，在氣候變化的背景下變得更加有效。隨著全球氣溫的升高，海洋表層的水溫也在不斷增加，草坪藻在溫暖的海水中生長得更快，繁殖速度也大大加快。這就意味著，草坪藻的入侵速度會越來越快，逐漸替代那些本來應(yīng)該在海底生長的大型海藻。

這種變化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響是深遠(yuǎn)的。草坪藻雖然在短期內(nèi)能夠快速覆蓋海底，但它的生長模式并不能提供一個良好的棲息環(huán)境給許多海洋生物。比如，一些小型魚類和海洋無脊椎動物，它們依賴海藻森林提供的結(jié)構(gòu)和食物來源來生存。如果草坪藻取代了海藻，這些動物的棲息地就會消失，它們的生存環(huán)境將遭遇威脅。長期來看，這種變化可能導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性下降，甚至破壞一些重要的生態(tài)功能。

▲上圖：潛水影像展示了海藻主導(dǎo)礁（上圖）與草皮藻主導(dǎo)礁（下圖）之間的生境差異。研究人員記錄了緬因州大片海岸的海帶森林如何崩潰，以及在海帶消失后草皮藻如何大量繁殖。（圖片來源：Shane Farrell）

科學(xué)家們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，草坪藻的化學(xué)物質(zhì)不僅僅影響海藻的生長，它們還可能影響其他海洋生物的行為和健康。比如，一些本來依賴海藻尋找食物和庇護(hù)的魚類，可能因為草坪藻的覆蓋而失去棲息地，這會影響它們的生長和繁殖。同時，草坪藻的過度生長也會改變海底的光照條件，進(jìn)而影響整個海洋生態(tài)鏈中的其他生物。

“令人驚訝的是，我們在地毯藻類釋放的化學(xué)物中，也發(fā)現(xiàn)了熱帶珊瑚礁恢復(fù)過程中同類分子的蹤跡。”該研究的首席研究員Doug Rasher博士表示，“這表明，全球不同生態(tài)系統(tǒng)中或許存在一種普遍但被低估的化學(xué)調(diào)控機(jī)制?！?/p>

那么，草坪藻的出現(xiàn)能不能逆轉(zhuǎn)呢？有沒有辦法恢復(fù)那些受損的海藻森林呢？

換句話說，草坪藻的擴(kuò)張是氣候變化和海洋環(huán)境變化的一種直接反映?？茖W(xué)家認(rèn)為，恢復(fù)海藻森林并不是一件容易的事情。要想讓這些海藻重新生長，需要采取一些特別的措施。減少草坪藻的生長是一個關(guān)鍵。科學(xué)家們建議，可以通過控制水溫、減少水中營養(yǎng)物質(zhì)的過度積累來減少草坪藻的過度生長。此外，保護(hù)原本的海藻棲息地，幫助海藻恢復(fù)生長，也是一個有效的措施。

不過，單靠這些手段可能還不足以徹底解決問題。畢竟，全球氣候變暖的趨勢是一個長期的挑戰(zhàn)，而海藻森林的恢復(fù)也需要時間和耐心。因此，除了采取本地的保護(hù)措施，全球范圍內(nèi)減少溫室氣體排放、減緩氣候變化速度，也是必不可少的工作。

本文僅代表資訊，供讀者參考，不代表平臺觀點。
資訊源 | Shane P. Farrell et al. (2025)

編譯 | 王海詩 （Amphitrite Wong）
審核 | Linda Wong, Sara
排版 | 綠葉

參考資料略