佛罗里达的问题：特别报道。 庄稼歉收。含盐的含水层。入侵性野生动物。成堆的死鱼。阳光之州感受到环境变化对其海滩、农场、湿地和城市的挤压。但困扰半岛的现象预示着将袭击阿巴拉契科拉以北和以西的危险，因此它需要我们的关注。如果佛罗里达州有麻烦，那么我们所有人都会有麻烦。
2018 年 8 月的一个早晨，一个名叫拉尔夫·布里登的人打电话给佛罗里达渔业野生动物保护委员会，报告说在他家后面平静的萨拉索塔郊区的一片海湾里，有一只海牛漂浮着。很快，两位生物学家格蕾琴·洛夫威尔和丽贝卡·海泽尔科恩正乘一辆装有便携式起重机的皮卡车赶去打捞尸体。洛夫威尔和海泽尔科恩相当于海洋领域的急救人员和验尸官，他们进行救援和尸检，这些操作经常需要他们处理重达 200 多磅的海龟和超过 6 英尺长的海豚。她们在萨拉索塔的莫特海洋实验室工作，野生动物委员会已联系该实验室收集尸体。她们是坚强的女性，都纹有海洋纹身（洛夫威尔的左脚踝上有海豚、海牛、海龟和鲸鱼的图案；海泽尔科恩的右大腿有一只章鱼在爬行）。
当她们到达布里登家时，布里登的三个孙子和他们的母亲西莉·法尔科纳正在草坪上等着，孩子们兴奋地指着那只动物。那只近 8 英尺长的海牛仰面漂浮着，身体已经膨胀得很大，腹部皮肤裂开，灰色的肠子 spilling out。洛夫威尔和海泽尔科恩给海牛的身体绑上链条，然后把它吊到卡车后斗上，鲜血和粪便溅到了她们的设备上。法尔科纳、布里登的妻子和孩子们带着厌恶又好奇的目光看着这场惨烈的操作。洛夫威尔和海泽尔科恩则不那么在意；这是今年第 209 只死海牛。
2018 年的夏天简直是末日。整个北半球，铁路线变形，路面开裂。核电站因水源过热而削减发电量。北极圈以北气温接近 90 华氏度，驯鹿躲进挪威的公路隧道寻求凉爽。日本历史性的、无情的降雨导致了致命的洪水。加利福尼亚和瑞典都发生了破纪录的野火。
在佛罗里达州，这场末日散发着海洋生物死亡的恶臭。沿着墨西哥湾沿岸，鱼类、海龟和海豚被冲上沙滩，无一生还。桑尼贝尔岛（Sanibel Island）的海滩原本是受欢迎的旅游胜地，清理人员用垃圾袋装了 400 多吨尸体。罪魁祸首是一种赤潮：一种巨大的 *Karenia brevis* 藻类大量繁殖，释放出一种叫做赤潮毒素的强效神经毒素，当赤潮毒素浓度足够高时，会使海牛和其他动物衰弱或死亡。*Karenia brevis* 甚至不是当年袭击佛罗里达州的唯一一种藻类；奥基乔比湖（Lake Okeechobee）泄入运河的淡水蓝绿藻爆发迫使州长宣布进入紧急状态。
赤潮在佛罗里达州很常见，早在 17 世纪就有记载。它们通常在秋季初开始，并在冬季凉爽的季风中消散。但在 2018 年，随着冬季转为春季，赤潮依然持续。
世界各地的沿海社区都在与异常时间、异常地点以及比以往更频繁出现的藻类大量繁殖作斗争。这些事件导致海滩和渔业关闭，窒息水产养殖，并造成数百万美元的经济损失。
“有没有对抗的方法，有没有解药？”法尔科纳问海泽尔科恩和洛夫威尔。赤潮让家人整个夏天都无法下水，也无法去海滩。
“这是个价值百万美元的问题，”海泽尔科恩一边和洛夫威尔一起把那只变形的海牛安全地装上卡车一边回答。
在佛罗里达州，受赤潮影响地区的 73% 的企业报告称，每家企业的经济损失超过 50 万美元。居民、企业主和政府官员都转向科学家寻求答案：是什么导致了藻类爆发？我们该如何清除它？
问题是，没有人知道如何阻止有毒藻类——甚至不完全了解它们何时发生以及为何发生。这种现象被广泛监测和研究只有 30 年。现在，佛罗里达州的科学家们正处于一场破译并学习如何应对这些问题的竞赛的最前沿。在全球范围内，研究人员正在尽一切可能解决这个问题：公民科学、无人机、卫星、机器人、基因分析以及可能击败它的实验技术。
一些科学家怀疑气候变化起到了作用。研究人员表明，2015 年美国西海岸异常温暖的海水导致了前所未有的有毒 *Pseudo-nitzschia* 藻类爆发，并且随着海洋温度的上升，产生危险雪茄毒素的藻类 *Gambierdiscus* 的分布范围正从热带向更温带的水域扩张。
调查人员对 *Karenia brevis* 的了解不够，无法确定在佛罗里达州是否也存在同样的情况。但有一点是肯定的：像这次席卷该州如此具有毁灭性的赤潮将会再次发生。与此同时，科学家们正努力理解并应对一个像大自然能释放出的任何东西一样复杂的问题——而自然界本身正在迅速变化。
海泽尔科恩和洛夫威尔将 209 号海牛带到了圣彼得堡的一个州立实验室。在那里，技术人员将测量尸体并采集组织样本进行毒理学分析，以确定赤潮是否是杀手。研究人员认为，这些哺乳动物通常是通过摄食海牛捕食的海草上的海葵和海绵等滤食性动物而被毒死的。这些微小的生物会迅速积累 *Karenia* 产生的赤潮毒素，这些毒素会导致抽搐或麻痹海牛的呼吸系统，导致它们溺水。
负责监测和研究 *Karenia* 的野生动物委员会的工作由生态学家凯特·哈伯德（Kate Hubbard）领导，她身材瘦长、气质沉静，也纹有自己的海洋纹身（一条淡水藻和一只水母）。即使在藻类爆发最严重的时候，当她和她的研究人员被待处理的样本淹没时，她也能以一种平静、从容的方式应对混乱。监测是一项多管齐下的工作：她们检测沿岸和近海的水，进行航空测量，并与美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）的科学家合作，后者利用卫星图像来预测藻类爆发的动向。公民志愿者也出力，发送委员会无法覆盖区域的水样。工作人员有时甚至在官方飓风关闭期间也通宵工作，以检查每一个样本。她们会确定 *Karenia brevis* 是否存在，以及浓度如何，以便在她们的网站上更新状况地图。
*Karenia brevis* 是一种甲藻，一种单细胞浮游植物，带有两条尾状的鞭毛，用于游动。但这并不意味着这种生物速度很快——它每小时只能以大约 3 英尺的速度前进。通过在实验室受控的水柱中观察这些微小的生物，并在海洋中安装配备显微镜的新仪器来实时观察 *Karenia*，哈伯德和她的同事们正在努力了解它们的生命。哈伯德在一个杂乱无章、没有窗户的实验室里说：“我不是故意要听起来很高兴，因为这是一个非常严重的情况，影响了很多人，但它们确实很迷人。”她想知道藻类是如何在深水和浅水之间迁徙的，光照如何影响它的行为，以及它如何利用营养物质（如氮和磷等化学物质）来促进生长。
后者尤其引起关注，因为它正是公众对藻类爆发感到愤怒的焦点。许多环保主义者认为，陆源污染是导致赤潮持续时间和强度的原因。当地的塞拉俱乐部（Sierra Club）和一些当地科学家确信，农业和住宅开发的营养物径流导致了这种情况，并指责时任州长里克·斯科特（Rick Scott）的环境监管不力。2018 年 8 月 12 日，数千人在海岸线上的海滩聚集，参加了一场名为“水边之手”（Hands Along the Water）的抗议活动。该组织在 Facebook 页面上表示，其目标是“表明我们不，也不会容忍我们美丽的海滩、野生动物、家园和生计被奥基乔比湖（Lake O）排放的水持续摧毁和影响。”
奥基乔比湖（Lake Okeechobee）是该州最大的淡水体，面积达 730 平方英里，注入流入墨西哥湾和大西洋的运河和河流。它毗邻密集的住宅区，以及许多牧场和甘蔗农场，它们的污染性排水最终进入水中。这些污染物是在去年夏天赤潮爆发时导致佛罗里达州内陆蓝绿藻爆发的一个重要因素。但径流在助长 *Karenia brevis* 中的作用却模糊不清。*Karenia* 侵扰始于墨西哥湾深处，它们可以从各种来源获取养分，包括它们自己的死亡细胞。大多数科学家同意，营养物污染可能加剧了问题，但总贡献尚不清楚——并且很可能在未来多年内仍将如此，直到研究人员 painstakingly 记录下细节。
当 *Karenia brevis* 没有大量聚集时，它在环境中扮演着重要角色。与任何其他浮游植物一样，它进行光合作用，吸收二氧化碳并产生氧气。除了赤潮毒素，它还产生其他能抑制竞争藻类的分子，并且它还充当捕食者，以细菌为食。完全清除它可能会扰乱它所居住的微观生态系统。
莫特海洋实验室（Mote Marine Laboratory）的副研究总监、化学海洋学家理查德·皮尔斯（Richard Pierce）说：“我们无法消除赤潮，因为它一直是墨西哥湾浮游植物群落的自然组成部分。过去，人们甚至认为尝试抑制它并改变系统是禁忌。但由于严重的经济影响、公共健康以及大量海龟、海豚、海牛和鱼类的死亡，环境正在发生变化。”
现在，皮尔斯的工作是试图在 *Karenia* 失控时找到减轻其影响的方法。去年八月中旬，皮尔斯和一群工程师及科学家前往博卡格兰德（Boca Grande）的一条咸水运河，测试一种新工具：一种臭氧水净化系统，其灵感来自莫特海洋实验室用于清洁水族馆海水的设计。其理念是通过一个含有有毒气体臭氧的腔室流动水，在此过程中杀死 *Karenia*。“臭氧化机”是一个庞大的装置，由 PVC 管和气体管组成，从一辆拖车上延伸出来，并伸入运河。
运河在一个居民区死胡同，*Karenia* 在那里生长了数周。微风将赤潮毒素吹入空气中，这些毒素像非常细的胡椒喷雾一样刺痛。这让住在水边的当地人感到痛苦。这个社区非常沮丧，居民们凑集了 10 万多美元来资助这项研究。臭氧系统的容量有限，但希望在这样一个狭小、部分封闭的区域，它能带来很大的改变。
最终结果尚未公布，但初步数据显示效果不佳。处理过的水有效地清除了藻类和毒素，并重新充氧，但臭氧化机太小，对整个运河的影响甚微。皮尔斯将此次测试视为一个概念验证；他认为，使用一个更大、更强大的装置，结果会更好。
皮尔斯团队还参与了一项由唐·安德森（Don Anderson）领导的缓解试验，安德森是伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）一位世界知名的有害藻类研究员。安德森提倡使用粘土絮凝法，这是一种将经过特殊处理的粘土喷洒在含有有毒藻类爆发的水体上。这些颗粒会吸引藻类并将其拖到底部。
安德森的团队使用的是一种类似于制作瓷盘的纯化粘土，并添加了多氯化铝，使其与藻类细胞带相反的表面电荷。他们从中国进口了这种粘土，中国的研究表明它非常有效；安德森说，其生态影响最小，特别是与藻类爆发本身造成的损害相比。
在臭氧测试后几个月，安德森、皮尔斯以及来自五个不同研究机构的科学家前往萨拉索塔的一个码头（靠近莫特海洋实验室），开始第一次测试。不幸的是，在试验开始前几天，藻类就分散了，水平降至正常。由于他们的主要目标是测试设备并让团队协同工作，他们还是继续进行，将粘土溶液连接到看起来像大花园软管的东西上，并将泥浆喷洒到水中。
安德森和莫特海洋实验室的科学家们在 2004 年，另一次 *Karenia* 大爆发期间，曾尝试过一次。但该项目很快就因当地争议而终止：他们使用的粘土来自 Mosaic 公司，该公司在佛罗里达州有长期不良环境实践记录，并含有开采的磷酸盐，其中含有低剂量的放射性。除了因与 Mosaic 公司相关而产生的负面报道外，人们还担心含磷粘土可能会给环境带来新问题。
安德森说，整个混乱是一次“天真的错误”。他认为新的粘土更安全，并坚称藻类爆发对自然栖息地的破坏如此之大，采取行动至关重要。“这些事件确实是生态、经济和公共健康的灾难，”他说。“那些用来投放阻燃剂或喷洒蚊子的飞机，完全可以 slurry 形式将这些粘土喷洒到大片区域，没什么不可以的。”
2019 年 2 月下旬，经过 16 个月，藻类爆发终于消退到正常水平，但 *Karenia* 仍然潜伏在近海。哈伯德的实验室证实，它杀死了 209 号海牛。关于死去的海洋生物的电话数量逐渐减少到正常水平。洛夫威尔和海泽尔科恩处理了需要进行尸检的海龟积压工作，并恢复了她们日常的救援和搁浅海洋生物的搜救工作。皮尔斯正在研究化学添加剂在藻类爆发缓解工作中的潜在应用。哈伯德推进了一项新的实地研究，以监测藻类在自然环境中的生命周期。
*Karenia* 的生命周期仍有基本细节未知。科学家们推测它有一个孢囊期，一个种子状的阶段，藻类在这个阶段休眠，然后才会爆发。但没有人观察到过，所以没有人确切知道。找出这个阶段是否存在，以及它看起来是什么样子，将是重要的信息。对于其他一些有害物种，科学家们能够监测沉积物中的孢囊，并预测何时可能发生藻类爆发。但这可能需要哈伯德的团队花费数年时间才能得出确切结论。
生物学并非控制藻类爆发的唯一因素，也不是唯一一个被误解的因素。天气和物理海洋动力学常常最终决定赤潮是会持续还是会消散：温暖和寒冷或咸和淡水层的厚度，降雨量以及在藻类爆发周期中发生的时间，风的强度和方向。与此同时，这些条件中的许多都与历史先例相悖。海洋温度正在升高；洋流、风和降雨正在改变。飓风变得越来越频繁和强烈。这使得研究人员难以理解和预测下一次 *Karenia* 爆发，并可能从根本上改变其动态。
佛罗里达州的许多环保人士希望将重点放在减少污染上，他们认为任何低于此标准的做法都是纵容污染者。“改善水质是一个好的措施，”哈伯德表示同意。
从佛罗里达州放大来看，有毒藻类问题的复杂性更加令人眼花缭乱。*Karenia brevis* 只是全世界已识别出的数十种有害藻类之一。它们都会以不同的方式对环境作出反应。有些喜欢温暖的水，有些喜欢寒冷的水。有些藻类的生长速度随着水中二氧化碳含量的增加而加快。近年来，沿海地区的藻类爆发似乎越来越频繁。除了 2015 年西海岸历史性的 *Pseudo-nitzschia* 侵扰事件，2016 年缅因州还首次因 *Pseudo-nitzschia* 产生的毒海藻酸而关闭了贝类捕捞区——捕捞的贝类可能毒倒任何食用者。虽然科学家们还不知道气候变化是否对 *Karenia* 藻类爆发的频率和持续时间产生了影响，但他们同意这很可能会影响未来的情况。
“我们是否能阻止这类事件的发生？”哈伯德自问。“老实说，我不知道。”
随着自然界变得越来越不适宜生存，公众将日益转向科学家寻求解释和解决方案。但研究的进展缓慢，并且通常伴随着健康的怀疑。与此同时，我们已经忽视了科学家们多年来一直在重复的一个确定性：我们正在根本上改变环境。现在，当我们看到这种变化发生时，我们必须接受我们的行为已经颠覆了一个我们尚未掌握其复杂性的系统。
此报道由加州大学伯克利分校-11小时食品和农业新闻学奖学金支持。
本文最初发表于《大众科学》2019 年夏季“持久耐用”特刊。
