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在塔克学院的演讲中,观众兴奋不已

From Plankton to Planet
从浮游生物到行星 德博拉·斯坦伯格教授准备在10月29日的塔克学院讲座期间带领观众从浮游生物到行星的航行。Stephen Salpukas摄
Mal de mer
马尔·德·梅尔 10月29日,德博拉·斯坦伯格教授在塔克学院的讲座上展示了一段特别艰难的穿越南美洲和南极洲之间的德雷克海峡的视频。Stephen Salpukas摄
Anglerfish hats
琵琶鱼的帽子 观众们戴上手工制作的琵琶鱼帽,以一种有趣的方式模拟许多深海生物在进食和繁殖时使用的生物发光。David Malmquist摄
Fecal pellets
粪球 斯坦伯格说,她的佳博体育成员有一种罕见的、令人羡慕的能力,可以识别不同种类的浮游动物的粪便,因此可以从它们的粪便中分辨出哪种浮游动物。这是salp(左)和南极磷虾(右)的粪便颗粒。图片由黛博拉·斯坦伯格提供
International crew
国际船员 “蟒蛇”号研究亚马逊羽流的科学小组包括来自美国几个州、巴西和德国的研究人员。图片由黛博拉·斯坦伯格提供
Door plaque
门斑块 斯坦伯格的演讲幻灯片显示了她对大便的尊重。这个办公室门上的牌匾是由前研究生斯蒂芬妮·威尔逊创作的,用浮游动物粪便颗粒拼出斯坦伯格的名字。黛博拉·斯坦伯格提供

斯坦伯格带领人群进行“从浮游生物到地球”的热情之旅

周二晚上,在威廉斯堡的金博尔剧院,黛博拉·斯坦伯格教授的Tack教师讲座上,观众们上演了一场精彩的表演。

近400名观众戴着“琵琶鱼帽”,戴着在黑暗中发光的“诱饵”,帮助斯坦伯格在深海中重现生物发光的外观和感觉,这是他们“从浮游生物到行星”虚拟航行的一站。他们还在切萨皮克湾取样水母,在马尾藻海的蓝宝石蓝色水域潜水,从亚马逊羽流中收集龙虾幼虫,并在前往南极洲的途中经受了50英尺的海浪。

Steinberg的演讲是William & 玛丽的Tack教师系列讲座的第四部分,也是W&M大学弗吉尼亚海洋科学研究所教授的第一次演讲。每学期一次的讲座向大学和当地社区展示W&M学者或研究人员的工作。这一系列节目之所以能够播出,是因为78届的玛莎和78届的卡尔·塔克的慷慨捐助,他们当时也在场。

{{youtube:medium|l6iSvX3SXlw,节选自斯坦伯格的Tack教授讲座}}

在Michael Halleran教务长的介绍下,Steinberg以“浮游生物入门”开始了她的演讲,向听众介绍了在海洋食物网和全球碳循环中发挥关键作用的浮游植物(浮游植物)和动物(浮游动物)。

斯坦伯格指出,一种特别重要的“浮游动物”是桡足动物——地球上数量最多的多细胞动物,也是尼克国际儿童频道海绵鲍勃方裤电视节目“浮游谢尔顿”的灵感来源。

“夏天的时候,维吉尼亚的桡足类动物比蚊子还多,”斯坦伯格说,“但大多数人从未见过它们。今晚我很高兴把你介绍给桡足动物。”

斯坦伯格用照片和视频说明了收集桡足类动物和其他浮游动物所需的设备和方法——从蓝水潜水到机器人水下航行器,以及可以在不同深度通过电子方式打开和关闭的大网,以确定动物的分布。

斯坦伯格澄清说,在研究“巡航”上的科学“派对”实际上把大部分时间都花在了收集和分析样本上,并指出她和她的学生“花了几个小时分类浮游生物——从桶里挑选微小的生物。”你必须有很大的耐心,因为他们在游泳,你要努力找到他们,船在摇晃——但我们很擅长这个。”她强调,VIMS海洋科学学院的研究生和W&M海洋科学辅修专业和其他学术课程的本科生都为她的研究做出了贡献。

Professor Deborah Steinberg makes a point during her Tack Faculty Lecture. Photo by Stephen Salpukas.

斯坦伯格说,她研究的总体目标是更好地理解无数个体浮游动物的活动——其中许多是微观的——是如何结合起来对地球产生影响的。她展示了浮游植物大量繁殖的卫星图像,大到足以从太空中看到,并介绍了“生物泵”的概念,即生活在阳光普照的表层水域的浮游动物将有机物输送到深海的全球过程。

斯坦伯格提出了研究生物泵如何运作的重要性的两个原因。

“首先,”她说,“它是深海的食物,那里没有阳光,没有光合作用。所有生活在那里的东西都依赖于来自上面的物质雨。”其次,“泵会影响我们的气候,因为它最终会影响大气中的二氧化碳含量。浮游动物以浮游植物为食,浮游植物通过光合作用从水中和空气中去除二氧化碳,并有助于将这些碳输送到深海。”

斯坦伯格解释说,碳进入越深,它以温室气体的形式重新进入大气所需的时间就越长——在最深的水域,碳需要数千年的时间。但是,她也指出,只有少量的表面碳能到达底部,“因为有很多饥饿的嘴巴等着吃它”,然后再循环到地表水中。

斯坦伯格对“生物泵”中较为混乱的部分的描述触及了任何新手父母都熟悉的话题——小便、大便和深夜喂奶——引得人群哄堂大笑。

“浮游动物将浮游植物中的一些有机碳转化为二氧化碳,”她解释说。“它们通过呼吸循环,就像我们吃汉堡一样。它们也会排泄或小便。它们分泌的是浮游植物喜欢的氨。他们做的另一件事是便便——让我们把它放在公开的地方——他们会。事实上,浮游动物的粪便在海洋中非常重要。我们对浮游生物粪便的奇特称呼是粪便颗粒。”

斯坦伯格的研究表明,来自不同浮游动物的粪便颗粒以不同的速度下沉,这对碳循环和气候变化具有重要意义。例如,在南极洲,磷虾产生的颗粒比一种叫做海藻的胶状浮游动物产生的颗粒要小。磷虾相对缓慢下沉的颗粒更有可能被其他生物吃掉,从而将它们的碳循环回地表食物网,而海藻类颗粒可以迅速将碳从大气中带到深水中。

作为美国帕尔默长期生态研究计划的一部分,斯坦伯格在南极半岛工作,由于海鞘更喜欢现在普遍存在的温暖和越来越无冰的环境,它们不断增长的数量可能会为该地区的生物泵提供基础,以去除水中和空气中越来越多的二氧化碳。这是好消息。斯坦伯格说,坏消息是,海鞘“本质上是一大袋水”,提供的营养很少。如果它们取代了依赖冰的、更有营养的磷虾,涟漪可能会向食物链上游移动,影响企鹅和鲸鱼。例如,自20世纪70年代中期开始有记录以来,由于与气候变暖和冰层减少有关的一系列因素,以及可能是它们饮食的改变,南极半岛的阿德海默企鹅数量减少了近80%。

斯坦伯格还谈到了垂直迁移,这是一种全球现象,浮游动物在夜间上升到表层水域觅食,然后每天早上退缩数百米,进入更深的、永远黑暗的水域。她指出,这一过程也有助于加速碳的运输,因为向下迁移使粪便颗粒在通往深渊的旅程中处于领先地位。

尽管在大洋的遥远角落里进行的研究是严格的——观众们通过从弗吉尼亚到南极洲长达一周的旅程以及在途中晕船穿越德雷克海峡的视频了解到这一点——但在场的所有人都清楚,斯坦伯格热爱她的工作。

在回答听众在演讲后提出的众多问题时,斯坦伯格说,她对所有浮游生物的热情始于小学,当时她在显微镜下观察,第一次从附近的小溪里“看到了一滴水”。

这个儿时的奇迹现在已经发展成为他在生物海洋学领域25年的职业生涯,斯坦伯格发表了超过75篇研究论文;指导过研究生、本科生和高中水平的学生;获得18项联邦研究资助,价值超过600万美元;总共在海上度过了一年半多的时间。

对她的成就的认可包括W&M的杰出教授,VIMS的院长海洋科学女性进步奖,62,000名成员的美国地球物理联盟海洋科学部门的Sverdrup奖讲座,以及科学协会的许多领导职位。

在演讲快结束时,Steinberg调暗灯光,并要求观众戴上一顶手工制作的琵琶鱼帽,这是一种模拟许多深海生物觅食和繁殖时使用的生物发光的有趣方式,这清楚地表明了她对各种海洋生物的持续热情。

望着海面上起伏的、柔和发光的球体,斯坦伯格的热情很有感染力。

“从上面看太棒了!”她叫道。“这与它在深海中的实际样子惊人地相似——在深海中,唯一的光源来自生物发光。别吃人!”

斯坦伯格的一个关键信息很简单:“浮游生物很神奇。”她强调说,和她一起工作的人也很了不起,这是她最喜欢的工作。

“这些大型跨学科游轮实际上是团队的努力。科学派对由来自美国和世界各地的研究人员组成。这是这个职业真正有趣的地方——我们可以与来自世界各地的人们互动,并与他们一起进行这些令人兴奋的研究探险。”

斯坦伯格将于2014年12月再次返回南极水域,并在其他边境进行探险。