全球最大通勤潮在海裡

數以兆計的微小浮游生物有可能相互協調晝夜垂直遷徙，這些團體行動影響著海洋生態變化與碳循環！

柯瑞吉（Katherine Harmon Courage）

每到傍晚，全世界有幾兆隻微小浮游動物（zooplankton）在海面下幾十公尺處懸浮，其中許多比米粒還小，等待著訊號。長久以來，科學家認為這些浮游動物是隨波逐流的被動微粒，漂浮在海中，任由浪潮和水流隨意推動。然而，就在太陽即將下山之際，這群生物開始悄悄進行一趟上升之旅，往海面移動。

就在牠們攀升之時，其他浮游動物也成群加入：橈足類（copepod）、海樽（salp）、磷蝦（krill）和稚魚（fish larvae）。這些生物在夜裡停留在接近海面之處，然而當第一道晨光開始灑落海上時，牠們已經返回到海洋深處。隨著日落和日出以每24小時的規律從東向西移動：橫越太平洋，然後是印度洋、南海以及大西洋，一群又一群浮游動物進行著同樣的爬升之旅，然後隨著白晝來臨，又退回海洋深處。

這種每日發生的海中群體運動稱為晝夜垂直遷徙（diel vertical migration），是地球上規模最大的生物規律性遷徙。目前估計，每天從事這種旅程的浮游動物約有100億噸之多，有些從水面下1000公尺處出發，實在是驚人的壯舉。以0.6公分長的稚魚來說，進行一趟300公尺的垂直之旅，相當於一個人游泳80公里，而且只花一小時左右。旅程中，這些動物必須穿過條件迥異的區域：在水深300公尺處，水溫不到4℃，比起海面低了超過6℃，而水壓約為每平方公分32公斤，超過海面的30倍。為什麼如此巨量的微小動物每天反覆進行這種艱辛的旅程？

簡單的答案是為了吃，以及避免被吃。白天時，弱小的浮游動物藏在黑暗深處，以躲避烏賊和魚類等掠食者。當天色漸暗，牠們便在夜晚的掩護下匆匆趕到海面，取食浮游植物（phytoplankton），也就是生活在海水表層數十至數百公尺的微小水生植物。

不過這只是晝夜垂直遷徙的大致情況，其中還有各種橫向流動和渦流。現在有了益加精良的聲納、自主式水下載具和更先進的DNA定序技術，研究人員開始了解其中細節。這些特定細節將能回答許多問題，關乎海洋食物網、全球碳預算，以及地球上的生命本質。

晝夜垂直遷徙的早期記錄可追溯到二次大戰，那時船艦和潛艇使用聲納掃描海洋以尋找敵方潛艇，卻偵測到奇怪的東西，有一部份海床似乎會上下移動，形成深海的「散射層」（scattering layer），反射聲納訊號。這種散射層每天上下移動兩次，距離可達1000公尺，看來不合邏輯。1945年，美國海洋學家強生（Martin Johnson）搭乘一艘研究船，在24小時內採集不同時間及深度的浮游生物樣本。他這樣記錄：「從這些初步觀察看來，這個散射層似乎和浮游動物有某種直接關聯。」然而此種散射層是由生物組成的假設，引發的問題比回答的問題還要多。

深海中的舞蹈

要解答這些問題非常困難。浮游動物非常微小，活動路徑發生在黑暗中，而人類前往深海又不容易。要在無光的深海追蹤跳蚤般大小的群聚動物，比跟蹤鯨類遷徙半個地球還要棘手。到了1990年代，研究人員終於得到夠多資訊，可以把晝夜垂直遷徙描述為大批生物如雲霧般一同上升或下降。解析度較高的聲納可追蹤到聚集成一小群的動物，以及較細微的垂直活動。然而，即使到今天，以聲納為基礎的調查仍無法區分哪些種類的小動物在移動。而像強生所做的浮游動物採樣，雖可以把生物捉出來鑑定，仍無法更精確地得知每隻動物在移動過程中的時間和位置……

【欲閱讀全文或更豐富內容，請參閱〈科學人知識庫〉2022年第248期10月號】