本文最初发表于 Hakai Magazine，一个关于沿海生态系统中的科学与社会在线出版物。更多此类故事请阅读 hakaimagazine.com。
海洋总是能颠覆我们的预期。四层楼高的巨浪会在毫无预警的情况下隆起又坍塌。光线在水面弯曲，制造出飘渺的幻象城市漂浮在地平线上。而看似荒芜的水域，事实并非如此。1942年夏天，美国海军“贾斯珀”号（USS Jasper）上的科学家们就是这样发现的。在圣迭戈海岸附近波涛汹涌的海面上，声学物理学家卡尔·F·艾林（Carl F. Eyring）和他的同事们，他们被委派研究海军可以用来探测德国潜艇的声纳设备，他们将声波送入深海。但当他们测试的回声回荡回来时，却揭示了一个令人费解的现象：无论船开到哪里，声纳都会探测到一个几乎和海底一样坚实的巨大物体，潜伏在水面以下约300米或更深的地方。更神秘的是，这个假底似乎会随着一天的时间而变化。
人们有各种猜测——鱼群？设备故障？——但除了记录下这个异常现象，科学家们并没有深究。毕竟，当时正处于战争时期。直到1945年，海洋学家马丁·约翰逊（Martin Johnson）放下网具深入太平洋进行更仔细的探查，罪魁祸首才最终被揭露：这是一大群海洋动物，大多数比人的手还小，它们每天都会从深海游向海面，然后再返回。
自20世纪40年代以来，科学家们一直在揭示这种垂直迁徙及其参与生物的奥秘。直到最近，研究一直集中在浮游动物和其他小型生物上，而忽视了它们较大的捕食者。但技术进步使得我们能够向上追溯那个迁徙云中的食物链，研究中层带的各种隐蔽、奇特、黏滑的鱼类。中层带是海洋中大约200至1000米深的“暮光区”，地表的光线在这里穿透最后一丝，然后消散在下方绝对的黑暗中。而这些研究已经开始揭示一些与首次科学记录到的迁徙一样重要且神秘的现象：通过在海洋中转移碳，中层带的鱼类，它们的分布足够密集，曾能愚弄声纳，它们也可能在稳定气候中发挥重要作用。
研究人员现在正试图量化这些鱼类在一个地球上最未被探索的生态系统中，从海洋表面到深海循环了多少碳。这些鱼类难以接近使得这项工作比传统渔业研究更具挑战性，但仍然迫在眉睫：使我们能够研究中层带鱼类的同一技术进步，也使其更容易被捕捞，尽管气候变化威胁着重塑生态系统。
中层带鱼类尚未被商业化开发，尽管有项目正在进行，以调查这些物种的市场潜力和最佳捕捞方法。因此，在该领域工作的科学家们处于一个罕见的位置，能够在潜在的捕捞影响发生之前进行评估。但由于未知因素太多，问题仍然是：他们能否及时完成——为了鱼类的福祉，也为了我们自己的福祉？
在明亮的海洋表面，阳光在各个方向从水面折射，感觉阳光似乎就是一切。其中一些阳光穿透水面，进入被称为透光层的薄薄一层被照亮的海洋，这里栖息着除了最深处的藻类、浮游植物以及几乎所有商业捕捞的物种。然而，在这层之下，阳光变得无关紧要，事情也变得奇怪起来：水太浑浊，无法进行光合作用，食物稀少，鱼类也极其奇特。例如，望远镜鱼，一种带状生物，头上长着一对闪亮的管状眼睛，嘴巴像柴郡猫一样咧开；或者斯隆氏蝰鱼，它的下颚可以张开，用它清澈、尖锐的牙齿捕捉比自身大50%以上的猎物。
1932年，美国博物学家威廉·比比（William Beebe）乘坐一种称为“深海潜水器”的船只（一个像钟摆一样悬挂在研究船上的钢球）出发，探索这个生态系统。他最初的几次探险都因惊心动魄的事故而受阻，例如在90米深处舱门漏水和通信系统故障。比比以一种真正的痴迷者无法遏制的热情进行了操作，最终到达了700多米深处，在那里他瞥见了大约两米长的鱼，它们长着“被粘液或间接内部光源照亮的”獠牙，还有一条头顶着三个发光触手的鮟鱇鱼。“任何先驱者，凝视火星景观，都不可能比我获得更大的激动，”他后来写道。
尽管如此，中层带鱼类最令人惊叹的也许不是它们是什么，而是它们做什么。
每天，许多中层带鱼类参与地球上最大规模的定期迁徙。在这个被称为昼夜垂直迁徙的过程中，灯笼鱼（一种最丰富的中层带鱼类）等动物会从白天躲避捕食者栖息的深水区游到夜晚觅食的海面——对于这些iPhone大小的生物来说，这是一次长达一公里的通勤，它们的身体大部分由发光器官和大而圆的眼睛构成。（想象一下穿着超大号活动眼睛的沙丁鱼。）
到达海面后，鱼类通过食用浮游动物来吸收碳，而浮游动物本身又以微小的浮游生物为食，浮游生物通过光合作用吸收二氧化碳。然后，鱼类将这些碳带入深海，在那里它们呼吸或排泄；这些行为发生的越深，碳就被锁定越久。这种从二氧化碳转化为深海碳的过程是生物碳泵的一部分，生物碳泵是海洋吸收全球碳排放量25%的能力的机制。
要全面理解中层带鱼类在这个循环中的作用——直到最近这一直相对未经研究——是复杂的，尤其因为很难说究竟有多少中层带鱼类。
西班牙加那利群岛海洋学与全球变化研究所的生物海洋学家圣地亚哥·埃尔南德斯-莱昂（Santiago Hernández-León）几十年来一直在努力解决这个问题。2010年，埃尔南德斯-莱昂参加了一次西班牙领导的研究航行，名为“马拉皮纳环球航行探险”（Malaspina Circumnavigation Expedition）。在约60,000公里的航程中，研究人员使用回声探测仪观察了中层带。在此之前，对中层带鱼类（以生物量衡量）的大多数估计都是使用网具进行的，表明这是一个稀疏的生态系统。但马拉皮纳探险的回声探测观察显示，这些估计是一个巨大的错误计算——中层带鱼类生物量不是之前认为的10亿吨，而是100亿吨或更多，使其占海洋所有鱼类生物量的约90%。
然而，改进或确认这些数字仍然是一个挑战；网具仍然是估计的重要工具，许多中层带鱼类几乎完美地适应了逃避捕捞。水中的浮游生物受到撞击时会发出生物荧光火花，而许多中层带鱼类拥有大眼睛，可以帮助它们在20米外看到这种生物荧光。因此，研究人员的网具会像圣诞树一样亮起，而大多数鱼类会躲开。“我们需要鱼类生物量来评估它们运输碳的速率，”埃尔南德斯-莱昂说。“如果我们只能捕捞到不到20%的动物，我们就不知道真实价值。”
为了解决这个问题，埃尔南德斯-莱昂和他的团队开发了可以下放到6000米深度的摄像机。为了避免触发浮游生物警报，研究人员尝试将摄像机固定在170米处，观察是否有鱼从前面经过，结果它们确实经过了。然后，这些数据与回声探测仪的数据进行比较，以确认拍摄到的鱼是垂直迁徙的。“我们评估了生物量，结果非常高；比我们用拖网估计的要高一个数量级，”他解释道。埃尔南德斯-莱昂和其他研究人员还在尝试使用特定频率的回声探测仪，以便更精确地从“中层带云”中分辨出不同的物种。
但虽然鱼的总数可能是最大的问题，但并非唯一的问题。
“如果你想计算一条鱼每天从海面将多少碳带入中层带，大约有30个不同的参数，”华盛顿大学博士生、伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的客座学生海伦娜·麦克蒙格尔（Helena McMonagle）说。从鱼类吸入呼出的氧气和二氧化碳的比例，到它们排泄物下沉到中层带的比例，都会影响鱼类将多少碳输送到深海。2018年，WHOI启动了一项名为“海洋暮光区项目”（Ocean Twilight Zone project）的大型倡议，旨在更好地理解中层带区域。在项目的一部分中，麦克蒙格尔试图找出鱼类-碳输送带中的主要不确定性来源。这项研究表明，鱼类的呼吸速率（影响鱼类在一天中呼吸时将多少碳从海面输送到深海）尤为重要。这个数字可以根据计算方式的不同而有很大差异。“这些参数的不确定性加在一起，仅对一条鱼就会导致六倍的差异，”她说。
在一次北大西洋的研究航行中，麦克蒙格尔在船上测量方面取得了一些成功——测量刚捕获的灯笼鱼在被安乐死前的呼吸速率——但收集数据仍然很困难；习惯了生活在水下近一公里的软体鱼类，在被拖出水面并带到实验室时并不总是能存活。“它们非常脆弱，”她说。
然而，对其他物种的实验室研究可以帮助我们更全面地了解情况——特别是当研究人员不仅关注进入鱼体内的物质，还关注从它们身体另一端排出的物质时。
与20世纪40年代的声纳科学家一样，劳伦·库克（Lauren Cook）也是通过回声探测仪对中层带产生兴趣的。在完成本科夏季实习期间，库克接触到了一艘往返于新泽西州和百慕大之间的船只的回声探测仪数据。在绘制背向散射数据时，这位罗格斯大学的博士候选人追踪了迁徙海洋生物的波动。
对库克而言，这次经历引发了关于鱼类如何将碳输出到深海的精确问题。但当她开始攻读博士学位时，库克转而专注于一种更容易获得的物种：大西洋鲱（Atlantic menhaden），一种通常重约450克、在东海岸被大量捕捞的饵料鱼。
鲱鱼是一种沿海远洋物种，它们停留在地表水域，不会游到中层带鱼那么深。但与中层带鱼类一样，它们的粪便有潜力深入海底，这种传输为鱼类参与生物碳泵提供了途径。
然而，在海洋中很难检查这些鱼的粪便。
“很难找到鱼的粪便；它很大，而且沉得很快，”库克说。“而且，当你找到鱼粪时，要弄清楚它属于哪条鱼，并在野外测量所有这些东西基本上是不可能的。”
相反，库克将当地渔民捕获的成年鲱鱼安置在实验室里，喂给它们丰盛的食物，并测量后果。（其中一项测量是：鲱鱼的粪便长约四毫米，大约是绿色扁豆的长度。）这些样本被用来估计粪便颗粒的产量和下沉速度——后者是一个重要因素，因为与浮游动物等生物的粪便缓慢的下沉速度相比，鲱鱼粪便的快速下沉速度使其成为碳输出的潜在良好载体。
库克说，根据科学家们进行的少数测量，估计鱼类粪便每天下沉数百米到约1000米，“而这些其他较小的颗粒每天可能下沉一到10米。”这意味着鱼类粪便中的碳在向下沉的过程中不太可能被回收回水中，而更有可能到达海洋底部沉积物，在那里它有可能被封存数百年。
利用这些信息和其他参数，库克正在建立一个模型，以估计整个鲱鱼种群向深海或沉积物输出的碳量，包括由于气候变化而可能增加的水温。（水温升高会影响鱼类的代谢，这可能改变通过粪便输送到深海的碳量。）
对于中层带鱼类而言，它们的粪便可能在水柱更深处、离海岸更远的地方释放，那里的海洋本身也更深。这意味着它们的粪便更有可能到达深海中能够长期储存碳的地方。但将中层带物种带入实验室进行更细致的研究，就像库克对鲱鱼所做的那样，仍然是一个挑战。
罗格斯大学副教授（也是库克的博士导师）兼鱼类碳国际工作组负责人格蕾丝·萨巴（Grace Saba）说，解剖死亡的中层带鱼类以检查其肠道中的粪便物质，可以帮助我们了解中层带鱼类粪便的重量或碳含量，但它们的消化时间——因此，它们是将所有粪便释放到深处，还是在觅食时释放到离海面更近的地方——是一个谜。“这将对其实际向下运输的量以及留在深处的部分产生巨大影响。”
总而言之，这是一个复杂而充满谜团的图景；一些科学家估计，每年约有100亿吨碳通过生物碳泵从海洋表面被吸收到深水中，一些研究表明，从中层带鱼类输出的碳量占0.3%到40%。（相比之下，国际能源署的数据显示，2022年全球交通运输排放了约80亿吨温室气体。）然而，并非所有被输送到深水或沉积物中的碳都能长期留存。最近的估计表明，被封存的碳总量约为1.2万亿吨，根据一个模型，其中约20%来自中层带鱼类。（相比之下，全球土壤表层一米中的有机物质储存了约1.5万亿吨碳。）
但是，即使暮光带和鱼类对碳封存的贡献开始变得清晰，但变革的浪潮也在涌来。
在过去的二十年里，随着世界人口的增加，中层带物种作为食物来源引起了人们的关注。这促使了欧盟资助的MEESO项目等项目，该项目旨在更好地了解关键中层带物种的丰度和捕捞技术，计划于2024年结束。挪威自2016年以来一直进行中层带鱼类的试验性捕捞，冰岛也曾进行过中层带捕捞试验，尤其是在2009年和2010年。
这并非各国首次涉足中层带。
在20世纪下半叶，苏联在努力为其不断增长的人口提供蛋白质。WHOI“暮光区项目”的合作者、一篇关于苏联中层带渔业的论文的合著者斯莱特·佩恩（Slater Payne）说：“用于渔业部的资金大幅增加，导致俄罗斯附近海域的鱼类种群枯竭。”在20世纪70年代，渔业资源竞争的加剧以及国际法规的收紧，促使苏联开始了一项没有竞争的渔业：中层带灯笼鱼。
佩恩说，这些尚未被瞄准的渔获物的目的地是：牲畜饲料。
对中层带的这种开发需要西南印度洋和南大西洋进行大规模的捕捞作业，包括使用带有直升机和鱼类加工设施的船只来支持一支小型捕鱼船队。苏联解体以及其渔业补贴的消失，也导致了渔业势头的崩溃。
四十年后，特别是北欧国家对捕捞中层带的兴趣重新被激发，这得益于2010年“马拉皮纳环球航行探险”带来的中层带生物量新估计。这种兴趣激发了MEESO项目等倡议，该项目试图回答有关中层带渔业的经济和生物学问题。
挪威研究机构Nofima的研究员鲁纳尔·格耶普·索尔斯塔德（Runar Gjerp Solstad）的工作表明，中层带鱼不太可能出现在人们的餐桌上。索尔斯塔德的工作集中在评估目标物种之一——穆勒灯笼鱼（Mueller’s pearlside）的食物潜力。对人类的味觉而言，结果并不理想。
“它味道真的很差，”他说。“别无他法。”
尽管如此，正如苏联已解散的中层带渔业一样，大部分兴趣在于将中层带鱼用作其他动物的食物，例如大西洋鲑鱼。随着对海鲜（特别是水产养殖）的需求预计到2050年将翻一番，一些科学家和渔民表示，中层带的最终开发是可能的——但这可能会带来意想不到的后果。
对现有商业渔业的审视表明了这些后果可能有多严重。2020年，《科学进展》（Science Advances）杂志发表的一项研究估计，通过捕捞本来会排泄和死亡的鱼类（这是碳到达深海的另一种方式），人类实际上阻止了2200万吨碳的封存。
但除了捕捞，中层带可能面临的更大变化将来自气候变化。
大约150万年前，地球的气候在冰期和较温暖的时期之间大约有4°C的波动。古生物学家康斯坦丁娜·阿贾迪（Konstantina Agiadi）的研究表明，在中更新世早期，这种快速（在地质时间尺度上）的温度波动对暮光带产生了显著影响。
通过研究这一时期的灯笼鱼化石耳石（otoliths），奥地利维也纳大学的博士后研究员阿贾迪发现，随着气候变暖，中层带鱼类的平均体型缩小了35%。（温暖的水加速了鱼类的代谢，导致它们在较小的体型时成熟并停止生长。）阿贾迪说，这会对生物碳泵产生影响，因为较小的鱼类旅行距离较短，意味着输出到深海的碳更少。
虽然这个时代经历的温度升高幅度超过了我们当前人为气候变化最糟糕情况之外的任何时期，但阿贾迪说，来自深层时间的教训表明，我们需要更深入地了解中层带区域及其与周围不断变化的世界的关系。
她说：“（人类）有开发我们不了解事物的历史。现在有可能提前行动，支持该领域的大量研究。”
大多数中层带栖息地位于公海，超出任何国家的边界。正如荷兰瓦赫宁根大学与研究所的博士生阿曼达·沙德伯格（Amanda Schadeberg）所指出的那样，在没有国家管辖权或传统用户的情况下，科学家们关于中层带鱼的数量以及它们封存多少碳的决定，可能会影响全球政策。这包括如何在通过捕捞中层带鱼获得食物安全与气候变化减缓的需求以及鱼类在生态系统中的作用之间取得平衡，或者如何为这些鱼类的碳封存潜力赋予美元价值。（然而，国家管辖权的缺失也增加了捕捞等活动带来意外后果的风险。）中层带区域研究的初步迹象表明，这些广泛的问题已经开始被提出；格蕾丝·萨巴表示，过去两年鱼类碳输出研究的快速增长，很大程度上集中在评估鱼类作为蓝色碳气候解决方案的一部分。
一些科学家认为，对中层带的关注可能会分散人们的注意力，例如减少正在将大量二氧化碳排放到海洋中的持续排放的必要性。沙德伯格说，它也可能以另一种方式扭曲优先事项，因为中层带研究成本高昂——而且主要由富裕国家的科学家主导——这意味着一小群人有可能影响影响整个地球的决策。
尽管如此，中层带也可能包含一个关于谦逊价值的教训。不久前，海洋的暮光带被认为几乎没有生命。仔细观察这片海洋区域，我们发现事实并非如此。在我们不知道的情况下，长途跋涉的小鱼可能正在帮助维持地球的宜居性。我们至少能做的回报是承认，我们还有很多东西需要学习。
本文首次发表于 Hakai Magazine，经许可在此转载。
