國內(nèi)外深海生物捕獲現(xiàn)狀綜述

1、國內(nèi)外深海生物捕獲現(xiàn)狀綜述國內(nèi)外深海生物捕獲現(xiàn)狀綜述1引言和傳統(tǒng)海域不同,論文聯(lián)盟 :/深海是一個非常特殊的生態(tài)環(huán)境,可以說是地球上最惡劣的環(huán)境之一。這里永久低溫(火山口除外)、高壓、黑暗。海水每加深10米,就會增加一個大氣壓。在1萬多米的深海,壓力高達1000多個大氣壓,也就是在每平方厘米的面積上的壓力可到達1000公斤1。近年來,隨著各國海洋技術(shù)的開展,科學家紛紛把目光聚焦到深海這片廣闊而又神秘的未知領(lǐng)域。其中對深海生物的探究主要包括了兩方面:一是對生命起源的探究,如對發(fā)現(xiàn)深海熱液噴口生物群落等2;二是對深海生物樣本進展采樣及研究。本文將詳細表達近年來對深海生物捕獲技術(shù)方面的現(xiàn)狀、進展以及

2、收獲。2深海生物捕獲技術(shù)深海生物捕獲,即對深海生物進展采樣,把生物樣品從深海捕獲出水進展科學研究。從生物特性上來看,浮游生物行動力差,分布較多,所以相對容易捕獲。目前國內(nèi)外對浮游生物的捕獲技術(shù)已經(jīng)比較成熟,傳統(tǒng)的捕獲方法就是利用深海拖網(wǎng)、取樣器或者抓斗獲取生物樣本,然后拖上岸來進展過濾別離3。而對于深海一些較大型生物(諸如深海底棲生物、游泳生物)的捕獲相對較難,當今的捕獲技術(shù)主要分為拖網(wǎng)技術(shù)以及深潛器技術(shù),結(jié)合一些比較簡單的誘捕技術(shù)。2.1深海拖網(wǎng)捕獲技術(shù)拖網(wǎng)捕獲技術(shù),是一種利用船舶航行的拖拽式采樣方式。主要分為底拖網(wǎng)和水中拖網(wǎng)兩種方式。底拖網(wǎng)技術(shù)用于對深海底棲生物等小型生物進展采樣捕獲。它由

3、拖曳纜繩和采樣鐵框架和網(wǎng)籃等構(gòu)成,采樣時用絞車把采樣器沉放到海底,并靠船舶的航行沿著海底拖曳采樣,搜集樣品。水中拖網(wǎng)適用于捕獲較大的深海生物,它是由拖拽覽繩和設置了一定網(wǎng)格大小的漁網(wǎng)所組成,利用船只在海面上拖動,來回拖拽進展捕獲。2.1.1拖網(wǎng)的缺陷大量研究顯示,底拖網(wǎng)技術(shù)對生態(tài)系統(tǒng)造成了災難性傷害,珊瑚、海綿、魚類和其它動物都將因此受到捕殺。而且眾多海洋生物的棲息地海山等水下生態(tài)系統(tǒng)也遭到了嚴重的破壞。這對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成了無法彌補的損失。從圖1中可見,拖網(wǎng)后海床上留下明顯的底拖網(wǎng)滾輪劃痕,所經(jīng)之處都被夷為平地。此外,底拖網(wǎng)還會掀起海底沉積物,嚴重破壞海底生物的生存環(huán)境。而從技術(shù)層次來看,拖

4、網(wǎng)技術(shù)很難對生物進展有針對性的捕獲,往往造成不分青紅皂白的濫殺無辜,成功率低且浪費資源。2.1.2拖網(wǎng)的改進4由于拖網(wǎng)存在著以上這些缺陷,尤其是對深海生態(tài)環(huán)境的破壞,使得研究者不得不考慮如何改進技術(shù),盡量減小拖網(wǎng)的破壞。改進的理論根底是使用遙控技術(shù)控制拖網(wǎng)上綱、下綱以及海底之間的間隔 (d1、d2),使其保持在一個適宜的間隔 ,盡可能的減小拖網(wǎng)與海底之間的剪切力。目前加拿大的nti公司就基于這種理論創(chuàng)造了一種拖網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)。這套拖網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)netind由四部分組成:接收器,水聽器,軟件和傳感器,分別安裝在拖網(wǎng)上進展工作。這種新型拖網(wǎng)技術(shù)主要可以更好地監(jiān)視和控制拖網(wǎng)過程,不僅進步了效率,更重要的是

5、控制了拖網(wǎng)高度,盡量減少拖網(wǎng)與海床摩擦所產(chǎn)生的破壞。2.2深潛器技術(shù)深海深潛器近年來越來越多地運用于人類對深海資源的探究。其中,對深海生物資源的探究也是極為重要的一環(huán)。深潛器最直觀的優(yōu)點在于科學家可以遠程進展操控并且針對性高,也不會對深海環(huán)境造成破壞,但造價不菲。主要分為水下機器人和載人深海深潛器兩種。2.2.1深海深潛機器人水下機器人又稱無人遙控潛水器,其工作方式是由水面母船上的工作人員通過連接潛水器的臍帶提供動力,操縱或控制潛水器,采用水下電視、聲吶等專用設備進展觀察,并由機械手進展水下作業(yè)。在深海生物捕獲中,水下機器人使用機械手把捕獲的生物放入搜集倉中帶上水面。2.2.2深海載人深潛器深

6、海載人深潛器與水下機器人的不同之處在于可以把人攜帶進深潛器進入深海進展科學工作,類似于潛艇,其科技含量更高。2.3其他技術(shù)除了上述兩種方法外,還有一些針對某些特定的深海生物所設計的簡單誘捕設備。比方把深度表綁在浮動的長繩上垂吊到海底下捕捉大型游泳生物;利用深海抓斗捕獲底層底棲生物等等。3國內(nèi)外深海生物捕獲現(xiàn)狀及收獲3.1拖網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀與收獲在利用拖網(wǎng)技術(shù)對較大型深海生物捕獲方面,研究者們的收獲頗豐。2022年,來自14個國家的科學家在北大西洋的馬尾藻海(sargasssea)表層以下5000米處運用拖網(wǎng)捕獲了一種漂浮的、相貌丑陋的片腳類動物(aphipd),它是一種小型的、類似對蝦的甲殼類。此

7、外,專家們在這里采集了500多種生物,其中可能包括12個新物種。這也是我們目前理解到的生活在最深海域中的生物之一;在愛爾蘭西北處約400里的大西洋深海處,考察者們通過深海拖拉船捕獲到深海巨型蜘蛛蟹;在深海魚類捕獲方面,科學家們利用底拖網(wǎng)技術(shù)捕獲深海貢式巨口魚、深海白鰭袋巨口魚以及寬咽魚等等。除了大型深海生物,研究者還利用兩種特制的拖網(wǎng)技術(shù)對生活于30006000的深海生物幼體進展捕獲。而這兩種拖網(wǎng)新技術(shù)在國內(nèi)外運用的還比較少5:第一種叫作多層矩形中層拖網(wǎng)rt(ultipleretangularidatertral),用于采集上升熱液羽流中的熱液生物幼體。該網(wǎng)由甲板上發(fā)出不同頻率的聲波來控制網(wǎng)的

8、開閉裝置。缺乏之處是沒有可視裝置,無法在近底層程度拖曳,因此很難采集到近底層熱液生物幼體。第二種用拖網(wǎng)和浮游生物泵掛在深潛器的側(cè)面采集近底層熱液生物幼體。但考慮到潛器活動范圍、下潛時間以及平安性的多方面因素,拖掛的拖網(wǎng)網(wǎng)口比較小,濾水量不大,采集的幼體也不多。系統(tǒng)中浮游生物泵被安裝在深潛器上,并下放到預定深度后開啟動力泵,使大量海水流過濾網(wǎng),捕獲的懸浮顆粒物和微生物的濾網(wǎng)連同一定體積的水樣密封于耐壓樣品容器中,但由于深海底大型生物的豐度低且泵過濾的水量有限,幾乎采集不到底棲生物幼體等較大的生物,偶爾采到一些,也都是死的標本,因此這種方法不常使用。3.2深潛水下機器人的現(xiàn)狀與收獲當今深潛水下機器

9、人技術(shù)比較興隆的是美國、日本以及一些歐洲國家,我國近年來在這個方面也獲得了打破性的進展。在利用深海深潛機器人對深海資源進展探測領(lǐng)域上處于領(lǐng)先地位的是美國。美國的伍茲霍爾(dshle)海洋研究所從事研制深海深潛機器人以及深海載人深潛器兩方面的工作,奉獻宏大。他們在2022年研制的訥雷依(nereus)號水下機器人對大面積洋底進展一般性測量以及搜集生物標本,訥雷依(nereus)號水下機器人可以在最大深度為650011000的世界海洋,其中包括北冰洋底6。在2022年,來自伍茲霍爾海洋研究所的專家對東南亞的西里伯斯海進展了一次為期4周的探究深海物種進化的科學考察,發(fā)現(xiàn)了大量以前未見的物種,并且還捕

10、獲了不少深海罕見的生物。所使用的技術(shù)就是一臺名為全球最棒的漂流者的深潛水下機器人(如圖3),它裝備有高明晰度攝像頭,能在深達3000米的水下工作,科學家可遠間隔 操作,將水中抓獲的生物存放在機器人的搜集倉中。 :/通過這次深海采樣,科學家捕獲了不少深海生物,比方在2000米深的西里伯斯海捕獲了一種長約3厘米,和普通藥片差不多大小的等足目生物(如圖4);在約2500米海域捕獲了一種粉紅色、透明的好似海參的生物等等。國內(nèi)近年來在深潛器技術(shù)領(lǐng)域獲得了打破,2022年5月在海南,目前我國下潛深度最大、功能最強的無人遙控潛水器(retelyperatedvehile,簡稱rv)海龍?zhí)?亦稱水下取樣型機器

11、人完成了3277米深誨試驗,這在目前世界上只有極少數(shù)國家可以做到。該機器人將主要用于大洋深海生物基因和極端微生物的研究以及探究人類起源的機密,同時也將進展各種水下作業(yè)。3.3深海載人深潛器的現(xiàn)狀與收獲深海載人潛水器最初更多地應用在軍事方面,近年來隨著深潛器技術(shù)的突飛猛進,載人深潛器開始被廣泛運用在深?？茖W研究中去。相比較水下機器人,深潛器可以將研究人員送入深海進展實地考察,研究人員可以近間隔 更直觀的對生物進展研究。由于深海載人潛水器的特殊地位和作用,美、法、日、俄等國早已開展了深海載人潛水器的研制工作,而我國起步相對較晚。國外方面,美國在無人潛航器中最具代表性的就是美國伍茲霍爾(dshle)

12、海洋研究所研制的阿爾文號(alvin)深潛器。自建造以來,阿爾文號已下潛4100余次,每年的平均下潛次數(shù)保持在百次以上,對地殼構(gòu)造、海洋化學、生命的起源以及深海物質(zhì)的組成等根底研究起到了重要作用6。在深海生物方面的最著名的奉獻就是于1977年歷史性地發(fā)現(xiàn)了洋中脊上的黑煙囪和熱液生物群落。如圖5所示,科學家(pilt)可隨著阿爾文號的載人艙潛入海底,利用裝備的機械手(starbard/prtanipulatr)、生物取樣器以及采樣籃(saplebasket)對深海生物進展采樣和搜集。據(jù)悉,2022年美國已決定斥資2000多萬美元在6年內(nèi)建造一艘功能更加完善的新概念alvin號潛水器7。其他國家方

13、面,日本海洋科技中心用欽合金做耐壓殼建造了深海2000號和深海6500號的潛水器,以及法國研制的vitr6000號、nautile號和yana號載人深潛器,都能在低至6000的深海完成包括深海生物捕獲考察在內(nèi)的許多深海探究及捕撈工作。我國的海洋事業(yè)起步較晚。近年來,海洋開發(fā)和海洋科研逐步和國際接軌,開始走向深遠洋。我國在載人深潛器領(lǐng)域最大的打破是研制的7000米載人深潛器(如圖6),此載人深潛器需花5小時下潛至7000米深海,整個作業(yè)時長可達12小時。潛水器類似美國阿爾文號能包容3個人,一名操作員,兩名科學家。在潛水器的前端,是一個密閉的玻璃,潛水科學家可以通過這里看到外面的世界。潛水器裝有兩

14、只機械手,可以進展抓取等水下工作。潛水器可用于深海生物基因的采樣及研究等多項工作。3.4其他誘捕技術(shù)的現(xiàn)狀與收獲8此外,科學研究者也會針對所要捕獲的生物的特性設計一些比較簡單的誘捕設備來進展采樣。比方在針對大型深海游泳生物捕獲方面,2022年,來自日本的兩位科學家在水深900米的海中將攝影機和深度表綁在浮動的長繩上垂吊到海底。他們在攝影機下面掛著小烏賊當誘餌,并且用一袋切碎的蝦來引誘大章魚。當一條長約8米的大烏賊用觸角纏繞住誘餌后,就被隱藏在其中的掛鉤給鉤住了,綁在長繩上的攝影機拍下了前前后后捕獲的過程。而針對一些小型深海生物,研究人員研制了一種像雙瓣貝殼的大洋抓斗,在撞擊到海底時能快速閉合,

15、將樣品全部抓到斗內(nèi)。但它容易擾亂樣品,不利于精細研究。為此又設計了箱式取樣器、重力取樣器和活塞取樣器等,將它們垂直下放到海底,利用特殊裝置迅速將樣品完好地取上來,這樣就能對沉積物逐層加以研究。4對深海生物捕獲技術(shù)的討論4.1捕獲技術(shù)的展望就目前的技術(shù)而言,水下機器人以及載人深潛器無論制造還是使用都需消耗極大的人力財力,遠遠超過了普通研究機構(gòu)的承擔才能。拖網(wǎng)技術(shù)雖然使用較為廣泛,但是除了存在會破壞深海生態(tài)環(huán)境的弊端以外,捕獲的針對性和成功率都比較低。最為關(guān)鍵的是,無論拖網(wǎng)或深潛器都不是專門針對捕獲設計的,其捕獲功能的經(jīng)濟實用性太低。因此,越來越多的研究人員正在開發(fā)一種既經(jīng)濟又實用、專門針對深海生

16、物捕獲的簡單設備,比方一些深海生物誘捕設備。所謂的誘捕,即是轉(zhuǎn)主動捕獲為被動誘捕。研究者根據(jù)深潛器的耐壓構(gòu)造原理9-10,設計建造一個耐壓的籠體,籠內(nèi)放有誘餌,籠體上帶有類似蟹籠的誘捕口,籠體外裝有蓄電池、重錨、浮標、無線通信設備以及水下聲學通信設備。把此誘捕籠放入海底,一段時間后,通過水下聲學釋放器等設備控制其上浮并通過無線通信設備定位回收。此設計可通過改變誘餌來更換捕獲的對象,針對性較拖網(wǎng)技術(shù)有很大進步,而且不會破壞深海環(huán)境,也不需要深潛器那般龐大的經(jīng)費支持。4.2深海生物捕獲待解決的難點目前對深海生物捕獲存在著一個難題,就是所捕獲生物的存活率。也就是說,當今的采樣技術(shù)在捕獲略微大型的生物

17、的時候,很難抑制保壓的問題,往往把深海生物從海底撈上來的過程中生物已經(jīng)死亡,在采集深海生物幼體方面也具有同樣的難題,沒有保壓裝置所采集的幼體出水面時已幾乎全部死亡(除了極個別的蟹類大眼幼體能在1個大氣壓下經(jīng)歷變態(tài)發(fā)育過程外)。為此,各國的研究者開始對保壓轉(zhuǎn)置進展了研究。目前對深海微生物的活體采樣已經(jīng)可以實現(xiàn),使用的方法是多網(wǎng)分段/分層生物幼體保壓取樣器,可以保持高壓取樣筒體的壓力,即6h的壓力變化不超過10%3。接下來,針對中大型深海生物捕獲裝置的保壓問題也急需得到解決。5結(jié)語21世紀是屬于論文聯(lián)盟 :/海洋的世紀,海洋中有著宏大的資源等著人類去探究和開掘。深海作為海洋最神秘之處,是地球外表生物多樣性最為豐富的地區(qū),因此,對深海的生物進展