
近期,法國索邦大學的科研團隊,基于ZooSCAN成像系統與EcoTaxa浮游生物大數據共享平臺,對法國首個海洋保護區—伊魯瓦海海洋自然公園進行了長達14年(2010–2023年)的系統性監測,繪制出一幅浮游生物在復雜水文環境中動態變化的生態圖景,深刻揭示了浮游生物群落隨沿岸至離岸環境梯度變化的內在規律。
01研究背景
浮游生物作為海洋食物網的基石與碳循環的關鍵推動者,其群落變化是衡量海洋生態系統健康的重要指標。伊魯瓦海位于英吉利海峽與大西洋的交匯處,受烏尚特鋒面影響顯著,形成了得天獨厚的沿岸-離岸環境梯度,為研究浮游生物響應環境因子的一系列過程提供了一個理想的天然實驗室。然而,該海域研究一直存在一個關鍵短板:缺乏一套系統性的浮游生物數據集,其數據必須兼具高度的分類一致性與可溯源的形態信息。
為此,研究團隊創新性地融合傳統顯微鏡技術與現代數字成像方法,構建了一套涵蓋浮游植物與浮游動物的開放式數據集,旨在揭示這一保護區內浮游生物群落的長期演變規律及其背后的驅動機制。
02研究方法
研究在伊魯瓦海布設兩條斷面(B與D)及三個沿岸站點,開展季節性采樣(圖1)。浮游植物通過顯微鏡由同一名專家全程鑒定,確保了分類標準的統一性;浮游動物樣本則全部通過ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統進行數字化成像(圖2)。

圖1 伊魯瓦海海洋自然公園的采樣區

ZooSCAN作為專業的浮游動物圖像掃描分析系統,能夠生成高分辨率的16位灰度圖像。結合ZooProcess軟件,系統可自動提取每個個體的形態特征參數(如長軸、短軸、面積、灰度等),并精確估算生物體積與豐度。所有圖像均上傳至EcoTaxa浮游生物大數據共享平臺,經由機器學習算法預分類后,再由專家進行人工校驗,最終將浮游動物精準歸類為103個生物類群(圖3),確保了數據兼具高通量處理與高分類準確度的雙重優勢。

1.浮游植物研究共鑒定出573個分類單元,主要以隱藻、不等鞭毛藻、甲藻和納米鞭毛蟲為主導類群。豐度呈現出顯著的年際波動,高峰期出現在2011年與2022年,但未形成一致的沿岸—離岸分布梯度(圖4,圖5)。群落結構在沿岸站點與斷面之間表現出差異性,例如莫萊內站與桑島站在某些年份出現了獨特的藍藻豐度高峰。

圖4 浮游植物平均豐度的時空動態(2010-2022)

圖5 浮游植物群落組成的時空動態(2010-2022)
2.在浮游動物方面,研究共獲取了832,830張有效個體圖像,構建了包含650個樣本的標準化數據集。分析結果顯示,橈足類是絕對的優勢類群,占總豐度的50%以上(圖6,圖7)。浮游動物豐度呈現出明顯的近岸高、離岸低的梯度分布,尤其在D斷面的近岸站點(如D1)常年維持較高水平。群落結構在空間分布上表現出顯著的梯度特征:橈足類與枝角類在近岸水域比例更高,而軟體動物與尾索動物則在離岸站點占據優勢。值得注意的是,南部斷面(D)的尾索動物比例顯著高于北部斷面(B)。

圖6 浮游動物平均豐度的時空動態(2010-2023)

本研究借助ZooSCAN實現了浮游動物樣本的高效數字化與標準化分析,結合浮游植物專家鑒定,成功構建了一套兼具時空廣度與分類精度的長期生態數據集。研究結果表明,伊魯瓦海浮游生物群落受到沿岸—離岸環境梯度與烏尚特鋒面過程的顯著影響,而其群落結構在長達十余年的觀測中保持相對穩定,展現出該海洋保護區所具有的生態韌性。
該數據集的開放共享不僅為海洋保護區的科學管理與管理成效評估提供了關鍵數據支撐,也為全球浮游生物多樣性監測和功能性狀研究提供了寶貴資源。ZooSCAN與EcoTaxa的協同應用,充分展現了成像技術在提升海洋生態觀測效率、標準化等方面的巨大潛力與應用價值。
參考文獻
1.Drago, L., Cailliau, C., Pouline, P., et al. Long-term plankton and environmental monitoring dataset from the Marine Protected Area of the Iroise Marine Natural Park (2010–2023) in the Iroise Sea, North Atlantic. ESSD, 2025.