ZooSCAN助力智利科玛峡湾浮游动物动态研究

近期，德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所-亥姆霍兹极地和海洋研究中心（AWI）的科学家Nur Garcia-Herrera基于ZooSCAN扫描，结合Ecotaxa图像分析的研究方法，对智利科玛峡湾中的浮游动物分类群进行了识别，并评估了季节性环境变化和昼夜变化对浮游动物动态的影响。

研究背景

浮游动物为初级生产者和更高水平的消费者（如鱼类、鸟类和哺乳动物）以及无脊椎捕食者（如珊瑚）建立了营养联系，另外，浮游动物在海洋生态系统功能和海洋碳循环中也起着至关重要的作用。在不同的水体环境中，浮游动物在群落组成、昼夜垂直迁移行为、种群季节性变化等方面有着巨大的可变性。

科玛峡湾（Comau Fjord）是智利巴塔哥尼亚群岛的一个分层峡湾，其水文环境非常复杂，是一个过渡的河口-海洋系统。该峡湾中生长着大量的冷水珊瑚，这些冷水珊瑚依靠浮游动物作为其主要食物来源来维持其生理过程，因此，它们的生长和繁殖受到浮游动物季节、昼夜和垂直分布的调节。

然而，目前人们对科玛峡湾内浮游动物的分布及其在维持冷水珊瑚群落中的作用知之甚少。因此，本研究中，科学家Nur Garcia-Herrera借助浮游动物图像扫描分析系统ZooSCAN，对科玛峡湾内的浮游动物类群进行了研究，以评估季节性环境变化对浮游动物动态，以及对冷水珊瑚自然可获得的食物的影响。

研究过程

采样地点位于智利的科马峡湾（图1）。采样时间分别为2016年9月28日（春季）、2017年1月17日（夏季）、2017年5月7日（秋季）和2017年7月29日（冬季），中午和午夜分别进行采样。采样水层为0-50-100-200-300-400-450m。

图1 研究地点，红点为科玛峡湾所在位置

采集的浮游动物样品在实验室内用浮游动物图像扫描分析系统ZooSCAN（图2）进行分析。用其自带的软件Zooprocess对浮游动物个体的形态学信息进行测量，计算出浮游动物的生物体积、生物量和丰度等，用Ecotaxa浮游生物大数据共享平台（图3）对浮游动物进行识别和分类。之后，采用一系列统计学方法研究理化变量与各分类单元丰度之间的关系。

图2 浮游动物图像扫描分析系统ZooSCAN

图3 Ecotaxa浮游生物大数据共享平台

研究结果

浮游动物群落表现出较大的季节和昼夜性差异。

在整个水体中，浮游动物的丰度在春季达到峰值（图4A），生物体积和生物量在夏季最高（209 g干物质/m2；图4B，C），之后逐渐降低，在秋末和冬季中期达到最低（61 g干物质/m2）。这可能是由春季浮游植物大量繁殖，而在寒冷的季节中，低浓度的Chl a不足以支持高水平的次级生产导致的结果。

图4 浮游动物的季节和昼夜分布。（A）丰度、（B）生物量、（C）生

浮游动物生物体积和生物量的垂直分布在昼夜之间也存在差异，白天在100 ~ 200 m水深处最大（图5B，C），夜间在表层（0-50 m）水体中最大，这可能与桡足类哲水蚤的昼夜垂直迁移有关。

图5 浮游动物的垂直分布。（A）丰度、（B）生物量、（C）生物量

借助Ecotaxa浮游生物大数据共享平台，共将取得的浮游动物样品分为了41个分类群（图6）。总体来说，桡足类是整个浮游动物群落的优势类群，无论是在丰度（64.81%）还是生物量（20.70%）方面。其次是糠虾、毛颚类（就生物体积和生物量而言）和无节幼体、有尾类（就丰度而言）。

图6 浮游动物类群的群体优势。（A）相对丰度，（B）生物量。占浮游动物群落总数不到3%的类群（27个）被合并为“其他”。

研究结论

研究表明，科玛峡湾内的浮游动物群落综合丰度、生物体积和生物量出现了季节和昼夜性变化，这种变化可能是由于生物过程（如昼夜垂直迁移或避免捕食）和海洋学过程（如河口环流、潮汐混合或水柱分层）共同驱动的结果。

论文相关信息：

1.Garcia-Herrera N, Cornils A, Laudien J, et al. Seasonal and diel variations in the vertical distribution, composition, abundance and biomass of zooplankton in a deep Chilean Patagonian Fjord[J]. PeerJ, 2022, 10: e12823.