波士頓東北大學(xué)海洋與環(huán)境科學(xué)系的教授就環(huán)境研究的一些問答

波士頓東北大學(xué)海洋與環(huán)境科學(xué)系的教授就環(huán)境研究的一些問答
Brian Helmuth是波士頓東北大學(xué)海洋與環(huán)境科學(xué)系的教授。 與合作者一起，他在世界各地的71個地點部署了“robomussels”不同長度的時間。 在一些地點，部署在貽貝殼中的溫度記錄儀已經(jīng)記錄了近18年的連續(xù)測量。 環(huán)境監(jiān)測器最近問他關(guān)于使用仿生傳感器和其他關(guān)于潮汐生態(tài)系統(tǒng)的研究結(jié)果的工作。
環(huán)境監(jiān)測：為什么要開發(fā)robomussel記錄儀？
赫爾穆特·布萊恩：為記錄儀發(fā)展的主要動力是實現(xiàn)了暴露在陽光下的任何對象（動物，植物，記錄儀）的溫度通常比周圍空氣的溫度要暖和得多。 因為，與哺乳動物不同，地球上的99％的生物體不產(chǎn)生代謝熱，這意味著絕大多數(shù)陸地和潮間生物具有不能從空氣溫度單獨確定的體溫。 此外，生物體的顏色，形狀和尺寸驅(qū)動它吸收多少熱量，因此在相同條件下并排坐在一起的兩只動物可以具有彼此不同的溫度以及與周圍空氣和表面的溫度。 這是關(guān)鍵，因為它是動物的身體 - 而不是其周圍的溫度 - 驅(qū)動生理壓力和死亡的風險。
EM問：什么是仿生傳感器？
BH：仿生傳感器由具有相同的顏色，形狀和熱質(zhì)量（質(zhì)量倍比熱容量的產(chǎn)品）的性質(zhì)模仿動物的熱特性。 例如，我們發(fā)現(xiàn)，商業(yè)上可獲得的未修改的記錄器記錄的溫度平均為14攝氏度，與相鄰貽貝的溫度不同。 當我們將那些相同的傳感器放在模仿貽貝的環(huán)氧樹脂殼中時，溫度在約2攝氏度內(nèi)，即使溫度升高并在幾個小時內(nèi)下降15至20攝氏度。
 

EM問：如何從溫度傳感器獲取數(shù)據(jù)？
BH答：通常情況下，我們立足于由起始點計算機公司生產(chǎn)的商用記錄儀的robomussels。 這些記錄器使用快速閃爍的兩個LED進行通信，作為傳送數(shù)據(jù)的手段。 我們修改開始數(shù)據(jù)穿梭，以便它們可以適合在robomussels的曲面上。
EM問：溫度數(shù)據(jù)收集是否還有其他現(xiàn)場工作？
BH答：本robomussel數(shù)據(jù)是，正如你提到的，只有一個更大的一部分。 作為我們用于描述溫度數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)的一部分，我們使用高分辨率Trimble RTK（實時運動）系統(tǒng)來測量我們放置記錄儀的微地塊的高度。 我們還部署壓力傳感器來測量潮汐海拔，幫助我們了解貽貝在空中和何時在水下。 并且，我們還使用溫度記錄器的數(shù)據(jù)來驗證我們創(chuàng)建的計算機模型，這使我們能夠使用來自衛(wèi)星和氣象站的數(shù)據(jù)預(yù)測貽貝溫度。
EM問：你做了一些關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)？
BH：這個項目的一個主要發(fā)現(xiàn)是，空氣溫度-而相關(guān)的，因為我們與環(huán)境互動的方式人類-其實是大多數(shù)動物和植物的溫度的相當差的預(yù)測。 對于太陽中的絕大多數(shù)生物體，空氣溫度設(shè)置下限，并且太陽輻射然后進一步加熱，在一些情況下高于空氣溫度10至15攝氏度（以與晴天的停車場加熱至相同的方式）溫度遠高于空氣溫度）。
這意味著許多生物體可能比我們以前認為的更接近它們的致死極限。 這也意味著，當我們對自然的“非人性觀點”，我們看到對我們來說是陌生的模式。 例如，我們經(jīng)常只看最接近赤道的物種分布的極端，假設(shè)這是他們最熱的地方。 我們的研究結(jié)果表明，當?shù)貤l件可以是如此重要，他們可以壓倒這些緯度趨勢。 而不是“緯度梯度”，我們反而看到我們稱之為“馬賽克”，更復(fù)雜。
我們最近的努力將現(xiàn)場測量與生理模型相結(jié)合，進一步研究當前和未來的生長和生存模式，再次在水產(chǎn)養(yǎng)殖貽貝（Montalto等人2016）。
 

EM問：你最近匯集了大部分的觀察。 你認為更大的數(shù)據(jù)集可以揭示什么？
BH答：我們分析了robomussel部分數(shù)據(jù)特定問題的答案，但是這是從所有的網(wǎng)站的數(shù)據(jù)已經(jīng)組裝成一個單一的數(shù)據(jù)庫中的第一次，我們還沒有看合計模式。 在2002年的科學(xué)論文中，我們測量了在美國西海岸的一系列地點的極端溫度的模式，并且顯示，在這些潮間帶場所，典型的假設(shè)“條件越接近赤道就越極端”不成立。 相反，局部環(huán)境條件的影響，例如夏天通常發(fā)生的低潮時間以及云量和風速的數(shù)量是如此重要，以至于它們完全壓倒了應(yīng)力中的“緯度梯度”的想法。 自從該紙的釋放以來，已經(jīng)示出了用于各種生物體的類似模式 
由我們的團隊和其他人在世界各地的網(wǎng)站。
EM問：你的數(shù)據(jù)如何使用？
BH答：許多其他團體都開始使用這個數(shù)據(jù)集，其中部分是什么促使我們把它公開，以便其他人可以為好。 例如，最近由加利福尼亞大學(xué)圣克魯斯分校生態(tài)學(xué)和進化生物學(xué)助理教授克里斯蒂·克羅克（Kristy Kroeker）發(fā)現(xiàn)的不僅僅是溫度（從我們的數(shù)據(jù)），而且在海洋pH和食物中的馬賽克地理模式，貽貝生長最低，其中高溫，低食物和低pH的條件一致。
我們在意大利巴勒莫工作的一個團隊使用這些模型（與記錄器驗證）來幫助貝類水產(chǎn)養(yǎng)殖。 我們正在與中國的教師合作，確定大規(guī)模海堤的建設(shè)如何促進入侵物種的傳播，我們還與以色列的另一個團體合作，詢問海岸線的復(fù)雜性如何增強對熱浪的抵抗力。
EM問：你對未來的計劃是什么？
BH答：我想補充的唯一的事情是，盡管我們經(jīng)常聽到在主流媒體上，無論是氣候變化問題的發(fā)生，以及是否影響生態(tài)系統(tǒng)，早已在科學(xué)界解決。 我們現(xiàn)在期待著問哪些地方，什么時候，什么程度的變化最有可能發(fā)生的變化，我們可以做些什么來防止損害？ 小規(guī)模的數(shù)據(jù)收集和儀器在這項工作中將發(fā)揮重要作用，我看到生態(tài)學(xué)家和工程師之間的許多機會，我們試圖想出適應(yīng)氣候變化的新方法。