被比作“海底蝗虫”的海星为何爆发?

从胶州湾到南太平洋,海星的爆发都带来了破坏。是什么在造成其爆发?科学家们仍在寻找答案。

seastars outbreak in jiaozhou bay, shangdong, china

今年3月,多棘海盘车时隔14年在胶州湾再次爆发。图片来源:Alamy

“爆发时会引起重视,但是海星很快就没有了”,一位中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员说。针对3月在山东胶州湾爆发的一种叫“多棘海盘车”(Asterias amurensis)的海星,她表示,这种海星一直存在,但从观测数据来看,它们很多年才爆发一次,爆发之后密度又会回归正常水平。在她看来,这是海星的共性,这造成了由于对海星研究的重视不足,相关项目少,研究资金也少,反过来制约了人们理解海星为何爆发。

所以在今年3月,当多棘海盘车时隔14年在胶州湾再次爆发时,人们仍然束手无策。湾内牡蛎、蛤仔底播养殖区的牡蛎稚贝和蛤仔被海星大量捕食,以至于政府临时允许贝类养殖户使用已被禁用的、被称作“绝户网”的地笼网加以应对。据青岛市海洋发展局的专家调查,多棘海盘车爆发高峰时,平均密度达到每平方米50个。统计显示,此次受灾面积约10万亩,大约相当于北京二环内的面积,预计经济损失约1亿元。

胶州湾地处温带,水温适宜,湾内有多条河流汇入,有机质丰富,特别适合贝类养殖。据当地水产专家介绍,胶州湾的贝类养殖历史可以追溯到三四十年前。养殖户们将幼贝撒播在滩涂上,任其自然生长,这就是当地常见的底播养殖。然而这种养殖方式也为主要在海底活动的海星提供了便利。

2006年和2007年,多棘海盘车就曾两次大量入侵胶州湾近海养殖区,当时遭殃的是鲍鱼养殖区和菲律宾蛤仔主产区。中国水产科学院黄海水产研究所王印庚曾在一篇2008年的论文中写到,在那之前胶州湾从未发生过海星“大兵团”入侵近海养殖区的事件。

当年,研究人员对这种被称为“海底蝗虫”的物种了解有限,并未给出确凿的爆发原因。但当今年它们再次大量出现在胶州湾海底,研究者依然无法给出确定的解释。中国科学院海洋研究所研究员张光涛认为,研究人员应该重视对海星的研究和监测,了解海星的迁移路径和爆发规律。

时隔14年,海星为何又爆发?

在贝类养殖户眼中,包括多棘海盘车在内的海星是“蝗虫”一般的存在。张光涛说,海星是肉食性动物,不挑食、食量大,且有过度捕食的习惯。可以说是多棘海盘车所过之处,贝类“片甲不留”。

据《齐鲁晚报》报道,3月多棘海盘车爆发后,前往现场调研的专家们将主要原因归结为三点:海星向食物富集区聚集的摄食习性、天敌生物减少,以及海洋生态环境的变化。

关于第一点,张光涛提到,多棘海盘车主要以贝类为食,所以集中爆发在贝类养殖区,“食物多了,多棘海盘车也多”,他说。关于天敌的减少,他介绍道,海星的发育过程是变态发育,在1-2年的生长周期中,有1-2个月的时间是形似浮游生物的幼虫阶段,之后会逐渐发育成人们熟悉的海星的样子。在幼虫阶段,海星的天敌很多,包括黄鱼、鲈、鲽等在内的多数鱼类都可以捕食海星幼虫,但是成体海星的天敌很少。

Local fishers in Jiaouzhou Bay were allowed to use banned "cage nets" to help deal with the recent seastar outbreak
在胶州湾养殖区红岛鱼港,当地养殖户正忙于打捞海星。图片来源:Almay

王印庚在前述论文中就曾将2006和2007年两次爆发的主要原因归结为天敌的减少。文中提出,过度捕捞造成了近海肉食性鱼类的减少。此外,海鸥和水獭则是成年海星的天敌,而气候变化和海洋环境环境破坏导致了这些物种的减少,这让原本生活在深海的海星有条件在近海大量繁殖,并形成优势。

此外,在海洋生态环境方面,前述接受《齐鲁晚报》采访的专家们认为,海中的营养盐、PH值、水温等水文因子的变化也可以为海星的繁殖创造有利条件。

但是对于气候变化影响PH值进而提高海星幼虫成活率的观点,张光涛提出了异议。在他看来,尽管已有证据证明,海水酸碱度变化确实会对海星幼虫所摄食的浮游生物造成影响,但这些变化具体会给海星幼虫带来多大的影响仍需要进一步研究,不能简单推论。

因为缺少多棘海盘车的研究和相关监测数据,现阶段仍难以判断造成爆发的直接原因,张光涛补充道:“这些原因只是研究人员分析推测的可能原因。”

踩点回归的海星?

经过几十年的观测,澳大利亚的研究人员发现另一种海星的爆发存在周期性爆发的特点。这就是长棘海星(Acanthaster planci,亦名“棘冠海星”),由于它们贪婪猎食造礁珊瑚中的珊瑚虫,能够造成珊瑚严重的白化,因此有着“珊瑚杀手”的诨号。

澳大利亚的研究人员已在在大堡礁附近记录到4次长棘海星爆发,分别出现在1960年代、1970年代末,1990年代初和2010年,其中最后一场爆发一直延续至今,在一些区域其周期大约为15年,另一些区域则为10-12年。在大多数情况下,这种海星的爆发都给大堡礁造成严重破坏。在中国南海,长棘海星的爆发对珊瑚礁的危害也越来越严重

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近几十年来,长棘海星的爆发对澳大利亚大堡礁造成了严重破坏。图片来源:Reinhard Dirscherl / Alamy

海南省海洋与渔业科学院副研究员李元超等研究者自2005年开始监测西沙珊瑚礁生态系统,他们通过资料追溯和实地监测发现南海的长棘海星的两次爆发,第一次长棘海星数量增加是从2004年开始,对珊瑚礁的影响一直延续到2019年,第二次则是从2019年开始。

基于上述监测数据和澳大利亚的研究,李元超团队在2019年发表论文称“可以肯定”该海域长棘海星爆发周期大约为15年。

自然界中,存在一些物种由于自身固有的生物学特性,存在周期性爆发的现象。比如,美国东部正在经历一种周期蝉的爆发。每隔17年的4至6月,其数以亿计的成年个体从地下浮现,在几周时间内交配,产卵,然后死亡。美国有7种周期蝉,爆发周期为13年或17年。

但据澳大利亚大堡礁海洋公园局的信息,尽管不乏研究努力,但是科学界目前对长棘海星周期性爆发的原因却尚无共识。但这很可能是多种因素叠加的结果,而非如周期蝉那样受物种自身生物学特性决定。但是,生物学特性可能依然在其中占据着一个位置,除此之外,天敌的减少、地表径流和海水涌升带来营养物、洋流对幼虫的播散,以及作为其食物的珊瑚的兴衰都可能造成了长棘海星的爆发。

李元超的团队的分析认为,长棘海星的爆发主要与台风天气、珊瑚礁鱼类的减少、全球升温和人类活动有关。其中,台风过境带来的大量营养盐提高了海星幼虫的成活率,而全球变暖和珊瑚礁鱼类减少也都增加了海星精卵细胞被孵化和存活的机会。其团队的观测数据显示,较高的水温可以提高长棘海星幼虫的成活率,在西沙群岛附近平均水温超过30℃的2006-2007年以及2014-2018年,长棘海星的数量都出现了不同程度的增加。

尽管对长棘海星周期性爆发的原因还没有定论,长期从事棘皮动物研究的中国海洋大学教授曾晓起坦言,长棘海星对珊瑚礁生态威胁大,因此很多国家都有专门的研究团队在进行研究,观测数据也相对丰富。但是对于多棘海盘车,研究还太少。

“2006年和2007年出现过多棘海盘车爆发,但我们不清楚以前的情况,也不知道以后的”,曾晓起说。在他看来,长棘海星和多棘海盘车同属海星纲,但不是一个物种,生物特性有所不同,生活环境也不一样,爆发规律和原因不宜简单类比。

亟需加强海星研究

事实上,多棘海盘车已经逐渐成为西北和东北太平洋沿岸国家重点关注的生态灾害。据2019年中科院烟台海岸带研究所等机构的研究者联合发表的一篇论文的统计,1953年以来,仅在中国和日本已经发生过10余起重大爆发事件。同时,他们通过文献梳理还发现,各国对该物种爆发原因的研究都比较有限,对于气候变化和人类活动带来的海洋酸化、水温上升,近岸贝类养殖等因素对该物种的影响仍缺少定量研究。

在被问及胶州湾多棘海盘车爆发的原因和规律时,多位曾发表过多棘海盘车相关论文的研究人员仍对中外对话表示,自己研究有限,无法给出明确答案。类似地,南海长棘海星的爆发原因也仍在讨论当中。鉴于这种海星对珊瑚礁的可怕的破坏力,长期关注中国珊瑚礁生态的中科院南海所珊瑚礁研究室副研究员练健生此前呼吁,应尽快跟进对长棘海星的长期监测。

研究资金短缺是制约海星研究的原因之一。李元超在上述论文中写到,尽管国家和地方会划拨部分经费用于治理长棘海星局部爆发,但这些应急经费不能满足对爆发机制、原因、长棘海星生活史和防控预警的研究需求。

研究人员们纷纷向中外对话强调加强跟踪和监测的重要性。曾晓起建议,多棘海盘车应该被加入到近海环境和生物的定期监测中,以便了解其分布区,每年的繁殖量,以及重点区域内的生物量变化。张光涛则补充道,特别应该监测海星幼体的数量变化和迁移路径,以便在海星幼体阶段就发现爆发风险并进行控制。此外,他提议对黄鱼、鲈、鲽这些海星幼体的天敌鱼类,可以进行适当的增殖放流。