赤潮毁坏了佛罗里达的海洋生物长达 16 个月。原因何在？

佛罗里达问题：特别报道。农作物苦苦挣扎。含盐层含盐量高。野生动物入侵。成堆的死鱼。阳光之州的海滩、农场、湿地和城市都感受到了环境变化的压力。但困扰半岛的问题预示着阿巴拉契科拉北部和西部将遭遇危险，因此需要我们关注。如果佛罗里达陷入困境，那么我们所有人也一样。

2018 年 8 月的一个早晨，一名叫拉尔夫·布里登的男子打电话给佛罗里达州鱼类和野生动物保护委员会，报告说在萨拉索塔一个安静的郊区，他家后面的海湾里发现了一头死去的海牛。很快，两位生物学家格雷琴·洛夫韦尔和丽贝卡·黑兹尔科恩就开着一辆装有便携式起重机的皮卡车前往打捞尸体。洛夫韦尔和黑兹尔科恩相当于海洋急救人员和验尸官，负责救援和尸检，这些工作通常需要他们处理重达 200 多磅的海龟和身长超过 6 英尺的海豚。他们在萨拉索塔的莫特海洋实验室工作，野生动物委员会联系了该实验室来收集尸体。她们都是坚强的女性，身上都有海洋纹身（洛夫韦尔的左脚踝上有海豚、海牛、海龟和鲸鱼的纹身；黑兹尔科恩的右大腿上有一只爬行的章鱼）。

当他们回到家时，布里登的三个孙子和他们的母亲西里·法尔科纳正在草坪上等着他们，孩子们急切地指着那只动物。这头海牛长近 8 英尺，仰面漂浮着，膨胀得如此之大，以至于它的皮肤从腹部裂开，灰色的肠子流了出来。洛夫韦尔和哈泽尔科恩用链子绑住动物的尸体，把它吊到卡车的车厢里，鲜血和粪便溅到了他们的设备上。法尔科纳、布里登的妻子和孩子们厌恶地看着这场可怕的行动。洛夫韦尔和哈泽尔科恩则不那么惊讶；这是今年第 209 头死去的海牛。

2018 年夏天就像世界末日一样。北半球各地的铁路线扭曲，路面开裂。核电站因水源温度过高而削减电力输出。北极圈上方的温度接近 90 华氏度，驯鹿在挪威公路隧道内寻求庇护。日本历史性的持续降雨造成了致命的洪水。加州和瑞典发生了创纪录的野火。

在佛罗里达州，海洋生物死亡的恶臭弥漫在世界末日的气息中。在整个墨西哥湾沿岸，鱼、海龟和海豚被冲到沙滩上，一命呜呼。圣尼贝尔岛往日是热门的旅游海滩，清洁队在那里用垃圾袋装满了 400 多吨动物尸体。凶手是赤潮：大量出现卡伦藻，这种海藻会释放出一种名为短毒素的强效神经毒素，浓度达到一定水平时，会使海牛和其他动物衰弱或死亡。卡伦藻甚至不是那一年袭击佛罗里达州的唯一一种藻华，奥基乔比湖流出的水渠中大量出现淡水蓝绿藻，迫使州长宣布进入紧急状态。

赤潮在佛罗里达州很常见，早在 17 世纪就有记录。赤潮通常始于初秋，随着较冷的冬季风而消散。但在 2018 年，随着冬季转入春季，赤潮持续存在。

世界各地的沿海社区都在努力应对藻华问题，这种问题在异常时间和地点出现，而且发生频率比过去更高。这些事件导致海滩和渔场关闭，水产养殖受阻，造成数百万美元的经济损失。

“有没有什么对抗剂，解药？”福尔科纳问哈泽尔科恩和洛夫韦尔。整个夏天，赤潮都让一家人无法下水，也无法去海滩。

“这是一个价值百万美元的问题，”哈泽尔科恩回答道。此时，她和洛夫韦尔正准备将这头毁容的海牛安全地安置在卡车上，准备离开。

在佛罗里达州，受赤潮影响的地区有 73% 的企业报告称每家企业的经济损失超过 50 万美元。居民、企业主和政府官员都向科学家寻求答案：是什么导致了赤潮？我们该如何消除赤潮？

问题是，没有人知道如何阻止有毒藻类的出现，甚至没有人完全了解它们何时出现以及为什么会出现。这种现象被广泛监测和研究了 30 年之久。现在，佛罗里达州的科学家们正站在破解和学习如何应对这些藻类的竞赛的最前线。在全球范围内，研究人员正在尽一切可能解决这个问题：公民科学、无人机、卫星、机器人、基因分析和可能战胜它的实验技术。

一些科学家怀疑气候变化是导致这一现象的原因之一。研究人员表示，2015 年美国西海岸海水异常温暖，导致有毒拟菱形藻史无前例地大量繁殖。随着海水温度上升，一种会产生危险的雪卡毒素的藻类——冈比亚藻（Gambierdiscus ）的分布范围正从热带地区向更温和的水域扩展。

研究人员对卡伦藻了解不够多，无法判断佛罗里达州是否也存在同样的情况。但有一件事是肯定的：像袭击该州的这种毁灭性的赤潮将再次发生。与此同时，科学家们正在努力理解和应对一个与大自然所能释放的任何事物一样复杂的问题——与此同时，自然界本身也在迅速变化。

哈泽尔科恩和洛夫韦尔将 209 号海牛带到了圣彼得堡的一家国家实验室。在那里，一名技术人员将测量尸体并采集组织样本进行毒理学分析，以确定赤潮是否是凶手。研究人员认为，这些哺乳动物通常是因食用海葵和海绵等滤食性动物而中毒的，这些动物生活在海牛吃的海草上。这些微小的生物很快就会积累卡伦藻中的短毒素，这会导致海牛癫痫发作或呼吸系统麻痹，导致它们溺水。

野生动物委员会对卡伦藻的监测和研究工作由生态学家凯特·哈伯德 (Kate Hubbard) 负责。她身材瘦长，举止低调，身上有自己的水生墨迹（一种淡水藻类和一种水母）。即使在藻华最严重的时候，当她和她的研究人员被要处理的标本淹没时，她也能从容不迫地从喧嚣中脱颖而出。监测是一项多管齐下的工作：他们检测海岸和近海的水，进行空中调查，并与美国国家海洋和大气管理局的科学家协调，后者使用卫星图像来预测藻华的动向。公民志愿者也参与其中，从委员会无法覆盖的地区送来水样。工作人员有时会昼夜不停地工作——甚至在飓风正式关闭期间——检查每一个标本。他们确定是否存在卡伦藻，以及浓度是多少，以便让他们的网站上的状态图保持最新。

卡伦藻是一种甲藻，是一种单细胞浮游植物，长有一对尾状鞭毛，可用来游泳。但这并不意味着这种生物速度很快——它只能以每小时 3 英尺的速度前进。通过在实验室中观察受控水柱中的微小生物，并安装配备显微镜的新仪器来实时观察海洋中的卡伦藻，哈伯德和她的同事们试图更多地了解它们的生活方式。“我并不是要为它们感到高兴，因为这是一个影响到很多人的非常严重的情况，”哈伯德在一个杂乱无章、没有窗户的实验室里说道，“但它们确实令人着迷。”她想知道这种藻类如何在深水和浅水之间迁移，光如何影响它们的行为，以及它们如何利用营养物质（如氮和磷等化学物质）来促进其生长。

后者尤其令人关注，因为它是公众对赤潮的愤怒的焦点。许多环保主义者认为，陆地污染是造成赤潮持续时间和强度的原因。当地的塞拉俱乐部和一些地区科学家确信，农业和住房开发产生的营养物径流导致了这种情况，并指责时任州长里克·斯科特 (Rick Scott) 领导下的松懈的环境法规。2018 年 8 月 12 日，数千人出现在海岸线上的海滩上，参加名为“手牵手水边”的抗议活动。该组织的 Facebook 页面表示，其目标是“表明我们不会、也不会容忍我们美丽的海滩、野生动物、房屋和生计不断受到奥基帕湖排放的水的破坏和影响。”

奥基乔比湖是佛罗里达州最大的淡水水体，面积达 730 平方英里，水源流入运河和河流，然后流入墨西哥湾和大西洋。奥基乔比湖周边是密集的居民区以及许多牧场和甘蔗农场，这些农场的污水最终都流入水中。事实证明，这种污染是造成去年夏天赤潮袭击佛罗里达内陆时蓝藻大量繁殖的主要因素。但径流在滋生卡伦藻方面的作用尚不清楚。卡伦藻的侵扰始于墨西哥湾远海地区，它们可以从各种来源获取食物，包括它们自己的死细胞。大多数科学家都认为营养物污染可能会加剧这一问题，但总体影响尚不清楚——而且在研究人员煞费苦心地记录下细节之前，这种状态很可能还会持续多年。

当卡伦藻不聚集在高浓度环境中时，它在环境中扮演着重要的角色。像任何其他浮游植物一样，它进行光合作用，吸收二氧化碳并产生氧气。除了短毒素外，它还会产生其他分子来使其藻类竞争对手丧失能力，它还充当捕食者，以细菌为食。彻底清除它可能会破坏它所栖息的微观生态系统。

“我们无法消除赤潮，因为它是墨西哥湾浮游植物群落的自然组成部分，”莫特研究副总裁、化学海洋学家理查德·皮尔斯说。“过去，试图遏制赤潮并改变系统甚至被视为禁忌。但由于赤潮对经济和公众健康造成严重影响，以及大量海龟、海豚、海牛和鱼类遭到破坏，环境正在发生变化。”

现在，皮尔斯的任务是设法减轻卡伦藻失控时的影响。去年 8 月中旬，皮尔斯和一组工程师和科学家前往博卡格兰德的一条咸水运河，测试一种新工具：一种臭氧水净化系统，其灵感来自莫特用于净化水族馆水箱海水的装置。该系统的理念是让水流过一个含有有毒气体臭氧的腔室，从而杀死卡伦藻。“臭氧发生器”是一个笨重的装置，由 PVC 管和气体管组成，从拖车中伸出，延伸到水渠中。

运河的尽头位于居民区，卡伦藻已经在那里生长了数周。微风将短毒素吹入空气中，就像一股非常细小的胡椒喷雾一样刺痛。它让住在水边的当地人感到厌烦。社区居民非常沮丧，他们凑钱——超过 10 万美元——来资助这项研究。臭氧系统容量有限，但人们希望在如此小的、部分封闭的区域，它能发挥巨大作用。

最终结果尚未公布，但初步数据显示效果不佳。处理过的水有效地清除了藻类和毒素并重新充氧，但臭氧发生器太小，对整个运河没有太大影响。皮尔斯将这次测试视为概念验证；似乎使用更大、更强大的设备效果会更好。

皮尔斯的团队还参与了一项缓解试验，该试验由马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所的世界著名有害藻类研究员唐·安德森 (Don Anderson) 领导。安德森是粘土絮凝的倡导者，这是一种将经过特殊处理的粘土喷洒到含有有毒藻类的水面上的过程。这些颗粒会吸引藻类并将其拖到水底。

安德森的团队采用了与瓷器相似的纯化粘土，并用聚合氯化铝进行增强，使其表面电荷与藻类细胞相反。他们从中国引进了这种材料，研究表明，这种材料非常有效；安德森说，这种材料对生态的影响微乎其微，尤其是与藻华本身造成的破坏相比。

臭氧测试几个月后，安德森、皮尔斯和来自五家不同研究机构的科学家前往萨拉索塔莫特附近的码头，开始第一次测试。不幸的是，在试验开始前几天，藻类散开并降至正常水平。由于他们的主要目标是测试设备并让团队齐心协力，他们还是继续进行，将粘土溶液连接到看起来像大花园软管的东西上，并将泥浆喷入水中。

2004 年，在另一次大规模卡伦藻侵染期间，安德森和莫特的科学家曾尝试过这一过程。但该项目在当地引发争议后很快结束：他们使用的粘土来自 Mosaic，这是一家在佛罗里达州长期存在不良环境行为的矿业公司，其中含有开采的磷酸盐，放射性水平较低。除​​了与 Mosaic 的合作引发的负面新闻外，人们还担心磷酸盐粘土可能会给环境带来新的问题。

安德森说，整个灾难都是“幼稚的错误”。他坚持认为新东西更安全，并坚持认为藻华对自然栖息地的破坏性如此之大，采取行动至关重要。“这些事件是真正的生态、经济和公共卫生灾难，”他说。“那些投放阻燃剂或喷洒蚊子的飞机没有理由不能将这种粘土喷洒在大片区域。”

2019 年 2 月下旬，经过 16 个月，藻华终于消退至正常水平，但卡伦藻仍然潜伏在近海。哈伯德的实验室证实，它杀死了第 209 号海牛。有关死亡海洋生物的电话逐渐减少到正常水平。洛夫韦尔和哈泽尔科恩处理了积压的需要尸检的死海龟，并恢复了救援和恢复搁浅海洋生物的日常工作。皮尔斯正在研究化学添加剂在帮助缓解藻华方面的潜力。哈伯德开展了一项新的实地研究，以监测自然环境中藻类的生命周期。

关于卡伦藻生命周期的一些基本细节仍不清楚。科学家推测它有一个囊肿阶段，即藻类在绽放之前处于休眠状态的种子阶段。但没有人观察到它，所以没有人确切知道。找出这个阶段是否存在以及它是什么样子将是重要的信息。对于其他一些有害物种，科学家能够监测沉积物中的囊肿并预测何时可能绽放。但哈伯德的团队可能需要数年时间才能得出明确的结论。

生物学并不是控制赤潮的唯一因素，也不是唯一一个人们了解甚少的因素。天气和海洋物理动力学通常最终决定赤潮是持续还是消散：暖水层和冷水层或咸水层和低咸水层的厚度、降雨量和赤潮发生的时间，以及风的强度和方向。与此同时，许多条件与历史先例不同。海洋温度正在上升；洋流、风和降雨都在变化。飓风越来越频繁，越来越猛烈。这使研究人员更难理解和预测下一次卡伦藻赤潮，并可能从根本上改变赤潮的动态。

佛罗里达州的许多环保主义者都希望集中精力减少污染，他们认为任何不这样做的行为都会助长污染者的行为。“改善水质是一项很好的措施，”哈伯德同意。

从佛罗里达州放眼望去，有毒藻类问题的复杂性更加令人眼花缭乱。卡伦藻只是全球已发现的数十种有害物种之一。它们对环境的反应各不相同。有的喜欢温暖的水，有的则喜欢寒冷的水。有些则随着水中二氧化碳含量的增加而生长得更快。近年来，许多沿海地区似乎出现越来越频繁的藻华。除了 2015 年历史性的西海岸拟菱形藻侵扰之外，缅因州还不得不在 2016 年首次关闭贝类养殖场，原因是拟菱形藻中的多莫酸——食用后可能导致任何生物中毒。尽管科学家们还不知道气候变化是否对卡伦藻华的频率和持续时间产生了影响，但他们一致认为，气候变化很可能会影响未来的发展。

“我们能阻止这类事件发生吗？”哈伯德想知道。“老实说，我不知道。”

随着自然界变得越来越不适宜居住，公众将越来越多地向科学家寻求解释和解决方案。但研究进展缓慢，而且通常伴随着大量的不确定性。与此同时，我们忽略了科学家多年来不断重复的一个确定性：我们正在从根本上改变环境。现在，当我们目睹这种变化时，我们必须接受这样一个事实：我们的行为颠覆了一个我们尚未掌握的复杂系统。

本报道由加州大学伯克利分校第 11 小时食品和农业新闻奖学金资助。

本文最初发表于《大众科学》杂志 2019 年夏季刊《Make It Last》上。