当人们谈到珊瑚，往往会联想到热带海域的珊瑚礁。但在寒冷且水体浑浊的缅因湾深处，深海珊瑚依赖从海面持续下沉的有机物质生存。研究人员指出，珊瑚骨骼中保存着类似树木年轮的生长记录，结合化学示踪技术，可用于追溯沉降至海底的食物来源及其随时间的变化。

由罗德岛大学与比格洛海洋科学实验室联合牵头的科研团队近期完成一项项目，旨在重建缅因湾跨多年代的食物网变化，评估表层与海底生物群落之间的联系，以及这种联系如何受到大尺度海洋学变化影响。项目结果强调，微小的浮游生物桡足类在水柱中扮演能量传递“枢纽”的角色，并对缅因湾生态系统的一些传统概括提出了更细化的证据。

比格洛海洋科学实验室高级研究科学家Karen Stamieszkin表示，团队希望重建过去的食物网，量化有机物如何被输送到海底，并综合这些信息以理解驱动缅因湾重大变化的因素。她称，研究显示系统的运作“比看上去复杂得多”。

多源数据与同位素方法连接表层与海底

研究聚焦“出口生产”这一过程，即表层类植物浮游生物产生的有机物中，最终沉降到海底的部分；相对地，另一部分会在上层海洋中被细菌分解并循环利用，形成所谓“微生物循环”。研究人员指出，出口生产不仅影响养分循环与气候过程，也为包括缅因湾深海珊瑚在内的海底动物提供食物来源。

团队表示，尽管科学界长期认识到表层与海底之间联系的重要性，但出口生产如何随食物网结构与环境条件变化而变化，仍难以被准确测量。为弥补这一缺口，比格洛海洋科学实验室、罗德岛大学与达尔豪斯大学的研究人员整合了多类样本与历史资料。

2023年，研究团队搭乘R/V Endeavor号在约旦盆地开展为期一周的航次调查，采集位于数百英尺深处、具有数百年历史的珊瑚样本，并对其生长“年轮”进行分析；同时在表层捕获桡足类，并使用Stamieszkin命名为“cope-a-pottie”的装置收集其粪球——研究人员称，密集的粪球是有机物向海底沉降的重要方式之一。团队还利用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）保存的档案资料，获取过去50年缅因湾最常见桡足类物种的记录。

为将上述信息贯通，团队采用化合物特异性稳定同位素分析方法。项目负责人、罗德岛大学副教授Kelton McMahon表示，整体组织同位素分析长期用于追踪食物网中的物质流动，而近20年来发展出的新工具可解析生物体内单个化合物的同位素信号，从而提供对食物网结构更完整的视角。McMahon实验室前博士生Catrina Nowakowski则称，同位素信号可被视作生物摄食的“指纹”，有助于测量难以直接观察的过程。

研究人员解释，不同类型的初级生产者会吸收不同类型的碳，形成各自的碳同位素特征；由于必需氨基酸等化合物在食物网传递过程中基本不被改变，这些特征可沿食物链向上传递。与之相对，氮同位素会在食物链中累积，可用于反映能量转化次数，从而指示生物在食物网中的位置。

Nowakowski表示，团队试图厘清珊瑚与桡足类之间的关系：珊瑚究竟是直接摄食沉降的桡足类个体，还是主要摄食反映桡足类摄食内容的粪球。她指出，这两种路径将显著影响到达海底的能量规模。通过对表层桡足类、海底珊瑚及其间粪球样本的同位素分析，研究人员得以重建食物网，识别微生物循环活跃程度、各环节摄食关系、系统主导生产者及其变化。

传统“二元状态”框架被细化

研究团队指出，缅因湾拥有丰富的海洋学观测数据，且地处两个海洋生物群落交界，并呈现显著变暖趋势，因此常被视为理解生态系统变化驱动因素的理想区域。

Stamieszkin介绍，既有范式常将缅因湾概括为两种截然不同的状态：一种由来自拉布拉多洋流的冷淡水主导，食物网特征为大型桡足类（如Calanus）摄食大型浮游植物（如硅藻），并产生快速沉降的重粪球；另一种则由温暖咸水的墨西哥湾流影响，更多出现小型浮游植物（如甲藻）、小型桡足类（如Centropages）以及更活跃的微生物循环，使更多物质在上层被循环利用而非沉降。

不过，团队的同位素结果显示，即便在较冷的状态下，微生物循环仍可能保持活跃。研究人员称，大型桡足类如Calanus摄食的有机物可能已被微生物大量循环，其粪球携带的化学特征进一步传递至珊瑚。Stamieszkin表示，硅藻与甲藻、Calanus与Centropages、较冷的亚北极条件与较暖的亚热带水域等传统认知并非错误，但过于笼统。

研究成果与历史关系的局限性

研究团队去年秋天在《海洋学进展》期刊发表首批成果。研究人员识别出过去40年中缅因湾在两种状态间切换的四个时期，其中三个时期的转变与环境变量（尤其是水体分层）相关。

但研究称，2006年的第四次转变在模型中呈现不同特征，主要由快速变暖驱动。Nowakowski表示，这一结果凸显近年来环境变化的剧烈程度，并提示在变暖背景下，历史关系可能发生“崩溃”，系统进入本质上的新状态。

团队表示，相关研究仍在推进中，正在准备多篇学术论文，并与一位电影制作人合作制作短纪录片；Nowakowski也与罗德岛设计学院一名学生合作，尝试以雕塑形式提升研究成果的可理解性。Stamieszkin称，缅因湾为这项工作提供了良好条件，新工具带来的信息正在挑战长期假设，并帮助研究人员更接近对生态系统整体面貌的把握。