專題副刊

海洋微化石專家安原盛明 解救海洋生物降碳排

沒有歷史的生命是空洞的,沒有記憶只求安逸溫飽,與禽獸無異。說到千萬年前的地球,許多人覺得“與我何干”,但有一群科學家卻探究多年,透過保存完好的海洋微化石,重塑當時的環境和氣候,也為理解當下氣候變化提供重要資料。

出生於日本大阪、目前任職於香港大學生物科學學院及太古海洋科學研究所副教授的安原盛明(Moriaki Yasuhara),最近與Timothy Bonebrake博士及其他國際學者合作,透過研究微化石“有孔蟲”,發現自冰河時期以來,赤道的生物多樣性就不斷下降,應該是海水溫度上升導致,而人為因素正加劇這進程。安原博士希望人類認真控制碳排放的問題,不要讓海洋生物陷入更大的危機。

人類進化出有智慧的腦袋後,不但記住了發生過的,也努力去尋求那些未被挖掘的過去。重視歷史的人,懂得汲取教訓,不重視的只要求向前走賺大錢,最後重複自我覆滅的命運。當溫室氣體排放導致氣候變化成為全球科學共識,仍有人會爭辯,暖化是自冰河時期以來的自然進程,人們做多少也不能逆轉。

安原盛明是海洋生態和氣候研究的專家,他坦承,這次研究結果,的確證實熱帶生物多樣性下降,是因為後冰河時期以來海水變暖的趨勢導致。“就算有些事情在我們出現之前發生,不代表我們就能輕易撇清責任。所有研究氣候的人都會認同,全球暖化現在是以不尋常幅度進行,不只是自然因素,它和人類溫室氣體排放有密切關係。”

赤道過熱生物難生存

之前科學家都認為,生物多樣性在兩極地區較低,愈靠近赤道愈多樣,至赤道區域是高峰,這模式稱為“生物多樣性隨緯度變化的梯度”,但近期許多研究發現,全球海洋生物多樣性最高峰的不是熱帶地區,而是熱帶與亞熱帶的邊緣,愈靠近赤道,生物多樣性反而會下降。全球生物多樣性的緯度變化趨勢,其實更像一個M字,而非我們以為的倒U字。安原盛明這次正聯同其他學者,透過化石研究探究這現象的成因。

他們發現,有這樣的趨勢,是因為赤道變得太熱,不利生物生存。而讓他們得出這結論的是一種對溫度敏感的浮游生物有孔蟲。牠們早在末次冰盛期(約2萬年前)就活躍於海洋,體積很小,卻長有特別的硬殼,不易腐化,海洋四周都可見其蹤影,不同年代都有化石留下,最近可追溯到前工業革命時期(公元1800年)。

“很多動物都沒有化石留下,因為軟組織很易腐爛,尤其海洋生物多沒有硬殼硬骨,如水母、海星、海參、魚類等,只有少數生物有礦物質外殼,就如有孔蟲等浮游生物,牠們的殼由碳酸鈣組成,非常堅硬。而且牠們又很小,只是用手抓一把沉積物,裏面已有1000粒化石。因此很容易就有足夠的分析數據。牠們種類繁多,正是觀察生物多樣性的一個好對象。”

研究微化石費神耗時

微化石存在於海洋四周,安原盛明會到海洋各處收集海床的沉積物岩芯(sediment core),“無論是近岸還是深海,總有牠們的蹤跡。”過去他蒐集到的微化石,最早可追溯到6000萬年前,最近的有約2000年歷史,“就是如今我們全新世(Holocene)的生物化石”。

要從一堆泥濘的沉積物中找出這些微化石,一點都不容易。處理樣本的工序不少,要放在細篩子下把泥沖刷乾淨,留下化石,“過程中可能濺到一身都是泥”。然後他將化石逐粒放在小碟上,在顯微鏡下辨認種類,用最小號的水彩筆掃,把化石按照不同種類大小整齊排列,計算數目。數隻小小的化石樣本碟,已經要花上一天處理,他笑言,自己已經算做得很快。“這是很講經驗的工作,生手的學生甚至要花一星期才能做完一隻碟。”

微化石雖然堅硬,但也會因為保存條件差而變得脆弱,用力一點,會不小心被工具壓爛。而更常出現的意外,是將它們弄丟。有時他也要把樣本放在掃描電子顯微鏡下,作更精密的拍照存檔,會用膠紙把化石黏在特製的碟上固定。完成拍攝後,從碟的膠紙上移除小小化石,是最高難度的工序,雖然他很小心用掃子逐點掃,卻常不小心把它彈得不知去向。“要立刻在桌面上搜索其蹤影,幸運的話還能找回,但通常我都很倒楣,化石就此永遠消失。”他哈哈大笑起來。“雖然我已將數據記錄下來,但也是很可惜。”

每粒化石比沙還要細

安原盛明和其他學者整合全球有孔蟲化石研究紀錄,發現冰河時期並沒有M形分布出現,但當後冰河時期(約1.5萬年前)海洋開始變暖,就慢慢出現這趨勢,雖然並非人類引發,但他強調,人為因素也不可忽視。“近年這個M形分布慢慢變得嚴重,如果我們不理氣候變化,照樣使用大量化石燃料,未來100年,全球平均溫度將升至更高水平。熱帶海洋生物多樣性可能會減少到數百萬年來最低的水平。”

到那時,不同地域的生物會紛紛向兩極遷移。“香港可能會出現印尼才有的海洋生物物種,香港原有的物種將會出現在日本,赤道可能熱到大部分生物都無法居住,極地的生物可能因為無處可逃又無法適應,落入滅絕的命運。”

安原盛明是海洋微化石的專家,辦公室放滿了他的研究樣本,樣本櫃貼着標示,任何人都不得觸碰,只因化石比沙還要細,一個小意外,就可以讓心血白費。他的研究樣本在肉眼看來,只是一堆白色塵埃,要放在顯微鏡下,才能看清其真實樣貌,雖然細小,但每種都有奇特結構和不同的凹凸紋理。“它們的體積都很相似,從0.3毫米到1.2毫米也有。”

靠微化石理解海洋史

後來,安原盛明轉向生物多樣性的研究,研究海平面上升對生態的影響,也曾研究近100年人類活動如何導致海洋污染、富營養化、缺氧等,對比遠古的生物歷史資料,更清楚看到人類的惡行。“浮游生物對氧氣很敏感,只要環境轉變,數目也會受影響,比較敏感的品種都因而消失,只留下靠一點點氧氣就能生存的品種。”香港的海岸雖然污染嚴重,但缺氧的區域不多,也不算嚴重,在日本,污染最嚴重時,內灣幾乎沒有魚,“今天情況雖有所改善,但東京灣、大阪灣等仍有相關問題。”

他指出,要理解過去海洋的歷史,單是研究仍存在於世上的生物並不夠,要理解上百上千年的過去,一定要靠微化石。“微化石是通往遠古生態歷史的唯一途徑,對理解昔日氣候很重要。河流沉積物不多,歷史不長,海洋不同,綿延不絕,沉積物多而廣,而且千萬年來不受干擾,只要拿取足夠樣本,就能了解遠至過去一億年的歷史,更清楚生態系統的變化。”

夫唱婦隨共用辦公室

雖然做海洋研究工作,但安原盛明笑指自己一直不太擅長野外工作,而深海的微化石樣本很多時都是來自國際合作計劃,有專人採樣,他不用親自下海,“我還是比較喜歡每天看顯微鏡多些”。

但偶爾他也會親自出去感受一下,就如早前就親自去冰島逗留了一個半月,跟隨深海採樣團到處走,一邊做實驗,一邊享受海洋風景。他也曾協助學生在香港海域採集沉積物岩芯樣本,由於只是採集海床約2米的沉積物,工具不多,但需要手動推動,他因此請了兩個專門採樣的日本專家來幫忙。他自嘲道:“整個過程都不難,因為我只是從旁幫忙,他們都很大力在推動儀器。”

當初和他一起赴港就職的,是結婚多年的妻子,她也是海洋生態研究者,早在日本已認識和相戀,在2003年結婚,感情很好,如今更經常一起做研究,但妻子多選擇做助手的角色,兩人共享一個辦公室,下班後一起回家,形影不離。非常勤奮的他,多年來都是每天工作,“年輕時我一星期工作7天,但最近我決定在周末暫停一下,不停下來不行。”

日本熱中於海床鑽探

安原盛明在港大工作10年,主要研究東南亞珊瑚礁三角區,透過微化石理解該區海洋生物種類為何如此豐富。他發現,這個區域多樣性早於冰河時期出現,可追溯到大約4000萬到5000萬年前。“它自古以來都是板塊活動活躍的地區,海岸地貌變化多,是最主要的原因。”最早所有陸地相連,北非、地中海沿岸都曾靠近赤道,屬於生物豐富的古地中海區,後來隨板塊遷移而離開,東南亞的海洋則仍保留了豐富的生態,加上板塊活動造成複雜地貌,演化出多樣物種。

安原盛明小時候在海邊長大,他的家正對着今天興建了關西國際機場的地方,“機場是我上初中時才興建的”。從小他就對自然生態和歷史深感興趣,大學開始,他就醉心於海洋微化石研究。讀學士時他已花了一年,透過微化石研究海平面高度的變化,證實自冰河時期以來,海平面不斷上升。“微化石的種類很多,所需生存條件很不一樣,我採集不同深度的海床沉積物岩芯,再研究化石的種類和年代分布,就可得海平面變化資料。”

不像香港,珊瑚生態研究是熱門,日本珊瑚礁不多,但海床鑽探卻很興盛,所以微化石等海床研究學問也是熱門科。他的研究樣本都來自大阪灣的商業和政府鑽探。“大阪經常有地震,所以經常用海床鑽探了解地質。”

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