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为探究海洋生态系统中营养级间复杂关系，尤其是南大洋浮游植物群落与南象海豹（SES）觅食活动关联，研究人员利用机器学习分类浮游植物群落，分析 SES 生物记录数据。结果显示 SES 偏好硅藻主导水域，这揭示了海洋顶级捕食者与生态系统动态的复杂关系，意义重大。
在广袤无垠的南大洋，生态系统的奥秘犹如一座神秘的宝藏等待着人们去挖掘。海洋生态系统中，不同营养级之间的关系错综复杂，就像一张无形的大网，将各种生物紧密相连。而在这张网中，浮游植物群落作为海洋食物链的基础，对整个生态系统的稳定和发展起着至关重要的作用。然而，目前关于海洋生态系统中营养级之间的关系，尤其是在南大洋，仍然存在着许多未知。浮游植物群落结构的变化会如何影响上层捕食者的觅食活动？这种影响背后的机制又是什么？这些问题一直困扰着科学家们。
为了揭开这些谜团，来自法国国家科学研究中心生物研究中心（Centre d’Etudes Biologiques de Chize, CEBC-CNRS UPR 1934）、法国滨海大学海洋学与地球科学实验室（Laboratoire d’Oceanologie et de Géosciences, Univ. Littoral C?te d’Opale, Univ. Lille, CNRS, IRD, UMR 8187）等机构的研究人员开展了一项深入研究。他们将目光聚焦在南象海豹（Southern Elephant Seal，SES）身上，试图探究浮游植物群落结构与 SES 觅食活动之间的关系。最终，研究成果发表在《Communications Biology》杂志上，为我们理解南大洋生态系统的奥秘提供了重要线索。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：首先，利用机器学习技术对 2003 - 2021 年的海洋颜色卫星图像进行分析，通过自组织映射（Self-Organizing Map，SOM）和层次上升分类（Hierarchal Ascending Classification，HAC），将研究区域的海水划分为 6 种生物光学 “水型” 类别。其次，结合南大洋的原位数据，包括高效液相色谱（High-Performance Liquid Chromatography，HPLC）和自动流式细胞术（Automated Flow Cytometry，MAP-IO）数据，对每个水型类别的浮游植物群落结构进行了详细表征。最后，收集 79 只成年雌性 SES 的生物记录数据，分析其在不同水型类别水域中的觅食活动，包括猎物捕获尝试频率（Prey-Catch Attempts，PrCA）等指标 。
研究结果主要包括以下几个方面：
- 生物光学水型类别的区域特征：通过对卫星数据的处理和分析，研究人员确定了 6 种水型类别。其中，2 类水的叶绿素 a（Chl-a）浓度最低，海表温度（SST）最高，属于贫营养水域；5 类水的 Chl-a 浓度最高，达到0.4mgm?3 ，是最具生产力的水域，且主要由硅藻主导。从浮游植物群落结构来看，2 类水以原核生物为主；1 类和 4 类水是原核生物和定鞭藻共同主导；3 类水是定鞭藻和硅藻共同主导；5 类水是硅藻主导；6 类水是定鞭藻主导。通过对水型类别的时空变化分析发现，3 类水在整个研究区域最为普遍，而 5 类水与极地锋区相关，且在克尔格伦群岛东部持续存在，不过在 12 - 1 月期间，5 类水的出现频率会减少，被 4 类水取代，这可能是由于硅藻和定鞭藻之间的季节性竞争导致的。
- 南象海豹活动与生物光学水型类别的关联：研究人员分析了 SES 的觅食数据，发现大多数生物记录观测来自 5 类水，即硅藻主导的高生产力水域。在整个研究区域，3 类水出现频率最高，但 SES 访问 5 类水的频率却远高于其他类别，达到约 60%，且在 5 类水中的觅食活动最为活跃，其归一化猎物捕获尝试频率（Normalized Prey-Catch Attempts，NormPrCA）最高。进一步分析发现，SES 在 5 类水中的停留时间也最长，最长可达 42 天。通过 Spearman 秩相关分析表明，NormPrCA 与 5 类水的相关性最强（Rsp=0.19 ），是与 Chl-a 相关性（Rsp=0.09 ）的两倍，这说明 SES 的觅食活动与硅藻主导的群落结构直接相关，而不仅仅取决于 Chl-a 浓度（代表浮游植物生物量）。此外，研究还发现，虽然不同水型类别中 SES 捕食的猎物大小没有显著差异，但在 5 类水中捕获的猎物数量明显更多。
研究结论和讨论部分指出，该研究表明雌性 SES 对富含叶绿素且硅藻主导的水域表现出明显的选择性偏好，在这些水域中它们的觅食活动最为活跃。这一发现揭示了海洋顶级捕食者与生态系统动态之间的复杂相互作用，暗示了浮游植物群落结构影响海豹活动的潜在机制。然而，目前仍有许多问题有待进一步研究，例如需要进一步探究猎物分布和行为与浮游植物组成之间的关系，以明确不同机制对 SES 觅食活动的具体影响。同时，未来研究可以对比 SES 在白天和夜晚的活动，验证遮光效应假说；利用微声纳和生物发光传感器等进行生物记录研究，深入了解中营养级的信息；还可以对南大洋的水型类别和浮游植物群落结构进行全面的趋势分析，追踪长期变化及其对 SES 活动的影响。这些后续研究将有助于我们更深入地理解南大洋生态系统的运行机制，以及气候变化对该生态系统的潜在影响，为保护南大洋生态环境和生物多样性提供科学依据。
