台灣地震科學中心通訊第二十九期

從硼同位素看海洋酸化對海水中造殼生物的影響

劉怡偉助研究員中央研究院地球科學研究所
進入21世紀以來，「全球變遷」已成為熱門的研究議題，因為這些現象和生活在地球上的人類息息相關。其中，海洋酸化也已在許多不同區域的觀測記錄中被發現，且被認為可能對海水中的造殼生物有直接的衝擊，進而對整個生態系、或是人類的經濟活動產生負面影響。然而，養殖實驗中卻發現，不同生物的殼體生長對海洋酸化的反應其實相當分歧，背後的控制機制還不完全清楚(Ries et al., 2009; Mayer & Riebesell, 2015)。其中一個可能的解釋是：生物間可能有不同的能力去調節體內酸鹼度，進而在不同酸化程度下，能維持不同量的殼體生長(Ries, 2011)。由於技術的限制，我們仍無法直接去測量大部分生物體內的酸鹼度。因此，利用硼同位素能反映水體酸鹼度的特性，我們能藉著測量海洋生物殼體的硼同位素組成，推估生物體內的酸鹼值，再進一步去檢驗過去的假說。目前的研究結果發現，不同生物門下的生物，大多的確有調節提升內部酸鹼度的能力（圖七），以維持殼體的生長，然而調節的能力和最終生長的反應卻不是直接相關(Liu et al., 2018; Liu et al., 2020)。除了體內酸鹼度之外，碳酸鈣骨骼間的有機物間質(organic matrix)，也可能影響最終的殼體生長或保存狀況，確切的造殼機制還有賴更多的研究來幫助解開。這樣的研究除了能幫助我們更了解地球的碳循環外，了解生物造殼機制也能讓地球科學家可以更精準的解讀並重建地球環境氣候的歷史；另一方面，我們也能從中更了解什麼樣的生物在當代環境變遷下，受到的衝擊可能最大，進而可以提供無論是漁業養殖，或是政府保育政策制定上，更多科學依據。

圖七、從過去養殖實驗中，配合硼同位素測量得到，海水中不同生物門下各造殼生物在不同酸化程度下自我調節酸鹼度的能力分佈圖。利用硼同位素，我們可以推算出海洋造殼生物體內成鈣環境的酸鹼度（pH_CF）。藉由比較生物體內和外界海水酸鹼度的差異（ΔpH），我們可以評估各生物調節體內酸鹼度的能力，並且更進一步去討論這些生物在面對不同程度海洋酸化下，物種間調節能力的差異及變化。若計算結果落在1:1的輔助線上，表示生物體內的酸鹼度不會隨著環境變酸而降低；若結果沿水平輔助線分佈，表示生物體內的酸鹼度受到外在環境變動的影響較大，會一起變化。而藉著這兩條輔助線，我們可再將生物調節體內酸鹼度的能力分為「強」、「中」、「弱」，三個等級。本圖修改自（Liu et al., 2020）。