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死鱼随处可见，散布在镇子附近的沙滩上，并延伸到周围的海岸线。2021 年 10 月，数百甚至数千条鲱鱼搁浅死亡，其大规模死亡的景象深深地印在了阿拉斯加科策布居民的脑海中。渔民兼 Qikiqtaġruŋmiut 部族的长老 Bob Schaeffer 说，鱼“简直遍布海滩”。
尽管发生了如此惨烈的死亡事件，但却找不到明显的罪魁祸首。“我们不知道是什么原因造成的，”科策布原住民村的环境项目总监 Alex Whiting 说。他怀疑这次死亡事件是他 15 年来一直关注的问题的一个症状：有毒蓝藻（有时也称为蓝绿藻）的爆发，在阿拉斯加这个偏远城镇周围的水域中变得越来越明显。
科策布位于北极圈以北约 40 公里处，坐落在阿拉斯加的西海岸。在俄罗斯探险家奥托·冯·科策布于 19 世纪将他的名字赋予这个地方之前，该地区被称为 Qikiqtaġruk，意为“几乎是岛屿的地方”。这个长约两公里的定居点的一侧毗邻楚科奇海的一个支流——科策布湾，另一侧则是一个泻湖。飞机、船只和四轮驱动车是主要的交通方式。镇上唯一通往外界的公路只是绕泻湖一周后又折返回来。
镇中心，阿拉斯加商业公司出售在美国本土流行的食品——从麦片到苹果再到双口布朗尼——但对镇上的许多人来说，海洋才是真正的杂货店。占科策布人口约四分之三的阿拉斯加原住民每年从海里捕捞数百公斤的食物。
“我们是海洋民族，”Schaeffer 告诉我。2022 年 9 月一个细雨蒙蒙的早晨，我们挤在 Schaeffer 渔船狭小的船舱里，当时天刚蒙蒙亮。我们正驾驶着船驶向一个整个夏天都系泊在科策布湾的水质监测设备。船头，来自纽约哥伦比亚大学的微生物海洋学家 Ajit Subramaniam、Whiting 和 Schaeffer 的儿子 Vince 紧紧裹着衣服，以抵御寒冷的雨水。我们都在那里收集一个夏天的信息，关于可能毒害 Schaeffer 和许多其他人赖以生存的鱼类的蓝藻。
巨大的藻类种群并非新鲜事物，而且它们通常是有益的。例如，在春天，光照和营养物质的增加会导致浮游植物大量繁殖，形成一种微小的“汤”，为鱼类和无脊椎动物提供食物。但与许多形式的藻类不同，蓝藻可能具有危险性。某些物种会产生蓝藻毒素，可能导致人类和其他动物的肝脏或神经系统损伤，甚至癌症。
许多社区都遭受过蓝藻的侵害。尽管许多蓝藻可以在海洋环境中生存，但淡水中的蓝藻爆发往往更受关注，而且当溪流和河流将其带入海洋时，其影响会扩散到半咸水环境。例如，在东非，维多利亚湖的蓝藻爆发被指导致大量鱼类死亡。人们也可能因此受害：在 1996 年的一次极端事件中，巴西一家血液透析中心的 26 名患者在接受治疗后死亡，调查发现诊所的水源中含有蓝藻毒素。更常见的是，暴露于蓝藻的人会出现发烧、头痛或呕吐。
当浮游植物爆发分解时，整个生态系统都可能受到影响。腐烂的蓝藻会消耗水中的氧气，导致鱼类和其他海洋生物窒息。在波罗的海的半咸水中，蓝藻爆发导致深层水缺氧，并损害了鳕鱼产业。
随着气候变化重塑北极，没有人知道蓝藻毒素将如何——或者是否会——影响阿拉斯加人民和野生动物。“我尽量不制造恐慌，”阿拉斯加有害藻华网络的协调员 Thomas Farrugia 说，该网络负责该州有害藻华的研究、监测和宣传。“但我想，目前我们还没有完全做好准备。”Whiting 和Subramaniam 希望通过找出科策布为何会成为蓝藻爆发的温床，并建立一个快速响应系统来改变现状，以便最终在当地居民面临健康风险时发出警告。
Whiting 的蓝藻故事始于 2008 年。一天，他骑自行车下班回家，偶然看到一个令人震惊的景象：科策布湾变成了黄绿色，一种他认为自然界不存在的颜色。他当时的第一反应是：这油漆是从哪里来的？
然而，蓝藻在这个星球上的历史可以追溯到 大约 19 亿年前。作为第一个进化出光合作用的生物，它们通常被认为将氧气带到了地球大气层，为我们这样复杂的生命形式铺平了道路。
在其漫长的历史中，蓝藻进化出了能够让它们在条件（如营养水平或盐度）发生变化导致其他微生物死亡时大量繁殖的技巧。“你可以把它们想象成一种杂草，”加州大学圣克鲁兹分校的浮游生物生态学家 Raphael Kudela 说。例如，大多数微生物需要一种复杂的氮形式才能生长和繁殖，而这种氮有时供应有限，但科策布湾中占主导地位的蓝藻可以使用一种简单的氮形式，这种氮在空气中几乎无限量地存在。
蓝藻毒素可能是帮助蓝藻茁壮成长的另一个工具，但研究人员不确定毒素究竟如何让这些微生物受益。一些科学家认为它们可以阻止捕食蓝藻的生物，如较大的浮游生物和鱼类。北卡罗来纳大学教堂山分校的水生生态学家 Hans Paerl 倾向于另一种假说：毒素可以保护蓝藻免受光合作用产生的潜在有害的涩味副产物的影响。
大约在科策布出现第一次蓝藻爆发时，科学家们已经意识到气候变化可能会增加蓝藻爆发的频率，而且更重要的是，这些爆发可能会从淡水——长期以来一直是研究的焦点——扩散到邻近的半咸水。科策布湾的蓝藻爆发可能形成于附近的一个湖泊，然后流入海洋。
然而，关于蓝藻的最新科学研究在 2008 年并未传到科策布。相反，阿拉斯加鱼类和野生动物局的官员对黄绿色海水进行了石油及其副产品的测试。测试结果呈阴性，让 Whiting 感到困惑。“我一无所知，”他说。曾与 Whiting 合作过的东卡罗莱纳大学（现任美国国家科学基金会成员）的生物学家 Lisa Clough 建议他考虑蓝藻。次年，水样分析证实了她的判断。
2017 年，Subramaniam 作为研究海冰动态的研究团队成员访问了科策布。当 Whiting 得知 Subramaniam 对蓝藻有长期研究兴趣时，“我们立刻就合拍了，”Subramaniam 说。
2021 年的鱼类死亡事件让 Whiting 和 Subramaniam 更加热情地想要了解科策布湾的微生物生态系统如何影响该镇。一位病理学家在死鱼的鳃部发现了损伤，这可能是由硅藻（一种藻类）坚硬、尖锐的外壳引起的，但鱼类死亡的原因仍不清楚。由于镇上许多居民依赖鱼类作为食物来源，这让 Subramaniam 感到担忧。“如果我们不知道是什么导致鱼死亡，那么就很难解决‘食用是否安全’的问题，”他说。
在 Schaeffer 剧烈摇晃的渔船甲板上，我蹲着观察他们合作的最新篇章。Whiting 向我保证，我穿的一体式浮力服如果在水中会救我一命，但我并不想验证这个理论。相反，我一只手扶着船，另一只手拿着用来录像的手机，Whiting、Subramaniam 和 Vince Schaeffer 则费力地将他们系在海里的一个白色和黄色的装置拉上来，船因此摇晃得更厉害了。最后，一个直径约等于呼啦圈的金属球出现了。从上面伸出一个约一米长的管道，里面装着蓝藻传感器。
该传感器使 Whiting 和 Subramaniam 能够克服许多研究人员面临的一个限制：蓝藻爆发虽然强烈但转瞬即逝，所以“如果你不在正确的时间出现在那里，”Subramaniam 解释说，“你就看不到它。”与研究人员经常依赖的孤立测量不同，该传感器自 6 月部署以来，每 10 分钟记录一次读数，直到这个寒冷的九月早晨。通过测量一种叫做藻蓝蛋白的荧光化合物的水平——这种化合物只存在于蓝藻中——他们希望将这些物种的丰度与水质变化（如盐度、温度以及其他浮游生物形式的存在）联系起来。
研究人员对这项工作充满热情，因为它有可能保护阿拉斯加居民的健康，并且可以帮助他们理解为什么世界各地会出现蓝藻爆发。“这种高分辨率非常有价值，”瑞典农业科学大学的水生生物学家 Malin Olofsson 说，他研究波罗的海的蓝藻。通过结合藻蓝蛋白测量和毒素测量，科学家们希望为科策布面临的危险提供一个更完整的图景，但目前 Subramaniam 的当务之急是了解哪些蓝藻物种最常见，以及是什么导致它们爆发。
阿拉斯加有害藻华网络的 Farrugia 对使用类似方法在阿拉斯加其他地区获得蓝藻分布和发生时间区域性概览的可能性感到兴奋。“证明传感器在一个地方有效‘绝对是第一步’，”他说。
了解蓝藻爆发的地点和潜在来源只是战斗的一半：另一个问题是如何处理它们。在波罗的海，工业农业的肥料径流加剧了蓝藻爆发，邻国付出了巨大的努力来控制径流——Olofsson 说，并且取得了成功。然而，科策布不是农业区，一些科学家反而推测，永久冻土融化可能释放促进蓝藻爆发的营养物质。除了逆转气候危机，人们对此几乎无能为力。一些化学物质，包括过氧化氢，在杀死蓝藻并暂时缓解蓝藻爆发方面显示出前景，而且对生态系统的影响不大，但到目前为止，化学处理尚未提供永久性解决方案。
相反，Whiting 希望创建一个快速响应系统，以便在水和食物因蓝藻爆发而变得有毒时通知当地居民。但这需要建立科策布的研究基础设施。目前，Subramaniam 在塞拉维克国家野生动物保护区办公室的厨房里准备样品，然后将它们寄往全国各地的研究人员，这些研究人员可能需要数天甚至数月才能进行分析。为了使工作更安全、更快捷，Whiting 和 Subramaniam 正在申请资金，在科策布建立一个实验室，并可能聘请一名技术人员在本地处理样品。Schaeffer 说，建立一个实验室“可能是这里能发生的最好的事情”。Subramaniam 希望他们的努力能在明年取得成效。
与此同时，阿拉斯加的其他地区也对蓝藻爆发产生了兴趣。Norton Sound Health Corporation 的培训协调员兼环境规划师 Emma Pate 在当地部落成员注意到河流和溪流中的藻类数量增加后，启动了一个监测项目。Farrugia 说，在阿拉斯加北海岸的 Utqiaġvik，当地居民也开始对蓝藻进行采样。
Whiting 认为这项工作填补了阿拉斯加人对水质认识中的一个关键空白。监管机构尚未制定保护阿拉斯加人免受蓝藻潜在威胁的系统，因此，“有人需要做些什么，”他说。“我们不能都只能在黑暗中摸索，等着一大群人死去。”也许正是这种自力更生的精神，让北极人民在数千年来能够在这片冰冻的苔原上生存下来，这一次也将再次派上用场。
本文的部分报道得到了科学写作促进委员会 Taylor/Blakeslee 辅导科学新闻项目奖学金的资助。
