數以兆計的微小浮游生物有可能相互協調晝夜垂直遷徙，這些團體行動影響著海洋生態變化與碳循環！
每到傍晚，全世界有幾兆隻微小浮游動物（zooplankton）在海面下幾十公尺處懸浮，其中許多比米粒還小，等待著訊號。長久以來，科學家認為這些浮游動物是隨波逐流的被動微粒，漂浮在海中，任由浪潮和水流隨意推動。然而，就在太陽即將下山之際，這群生物開始悄悄進行一趟上升之旅，往海面移動。
就在牠們攀升之時，其他浮游動物也成群加入：橈足類（copepod）、海樽（salp）、磷蝦（krill）和稚魚（fish larvae）。這些生物在夜裡停留在接近海面之處，然而當第一道晨光開始灑落海上時，牠們已經返回到海洋深處。隨著日落和日出以每24小時的規律從東向西移動：橫越太平洋，然後是印度洋、南海以及大西洋，一群又一群浮游動物進行著同樣的爬升之旅，然後隨著白晝來臨，又退回海洋深處。
這種每日發生的海中群體運動稱為晝夜垂直遷徙（diel vertical migration），是地球上規模最大的生物規律性遷徙。目前估計，每天從事這種旅程的浮游動物約有100億噸之多，有些從水面下1000公尺處出發，實在是驚人的壯舉。以0.6公分長的稚魚來說，進行一趟300公尺的垂直之旅，相當於一個人游泳80公里，而且只花一小時左右。旅程中，這些動物必須穿過條件迥異的區域：在水深300公尺處，水溫不到4℃，比起海面低了超過6℃，而水壓約為每平方公分32公斤，超過海面的30倍。為什麼如此巨量的微小動物每天反覆進行這種艱辛的旅程？
簡單的答案是為了吃，以及避免被吃。白天時，弱小的浮游動物藏在黑暗深處，以躲避烏賊和魚類等掠食者。當天色漸暗，牠們便在夜晚的掩護下匆匆趕到海面，取食浮游植物（phytoplankton），也就是生活在海水表層數十至數百公尺的微小水生植物。
不過這只是晝夜垂直遷徙的大致情況，其中還有各種橫向流動和渦流。現在有了益加精良的聲納、自主式水下載具和更先進的DNA定序技術，研究人員開始了解其中細節。這些特定細節將能回答許多問題，關乎海洋食物網、全球碳預算，以及地球上的生命本質。
晝夜垂直遷徙的早期記錄可追溯到二次大戰，那時船艦和潛艇使用聲納掃描海洋以尋找敵方潛艇，卻偵測到奇怪的東西，有一部份海床似乎會上下移動，形成深海的「散射層」（scattering layer），反射聲納訊號。這種散射層每天上下移動兩次，距離可達1000公尺，看來不合邏輯。1945年，美國海洋學家強生（Martin Johnson）搭乘一艘研究船，在24小時內採集不同時間及深度的浮游生物樣本。他這樣記錄：「從這些初步觀察看來，這個散射層似乎和浮游動物有某種直接關聯。」然而此種散射層是由生物組成的假設，引發的問題比回答的問題還要多。
深海中的舞蹈
要解答這些問題非常困難。浮游動物非常微小，活動路徑發生在黑暗中，而人類前往深海又不容易。要在無光的深海追蹤跳蚤般大小的群聚動物，比跟蹤鯨類遷徙半個地球還要棘手。到了1990年代，研究人員終於得到夠多資訊，可以把晝夜垂直遷徙描述為大批生物如雲霧般一同上升或下降。解析度較高的聲納可追蹤到聚集成一小群的動物，以及較細微的垂直活動。然而，即使到今天，以聲納為基礎的調查仍無法區分哪些種類的小動物在移動。而像強生所做的浮游動物採樣，雖可以把生物捉出來鑑定，仍無法更精確地得知每隻動物在移動過程中的時間和位置。
儘管有這些挑戰，新的研究仍然揭開隱藏於這趟巨大遷徙中的複雜細節。舉例來說，在極地冬季，當太陽消失數星期的永夜時，有些動物會調整遷徙時間，改為與月亮週期相符。日食也可成為牠們開始往海面移動的訊號。美國維吉尼亞海洋科學研究所生物學家史坦伯（Deborah Steinberg）解釋：水深300公尺處的光照強度只有海面的0.012%，但住在這裡的浮游動物卻有可能因為雲層稍稍改變了光照，而上升或下降深度達60公尺。她在一次研究航行中了解到此事，去年她和同事在一篇文章中如此記錄：「對於在船上的我們而言，航行中的每一天都是同樣的陰灰微雨。」但浮游動物卻不知怎麼地，能夠在水下深處掌握到這種細微的光線變化。藉由配備著相機和採樣裝置的自主式水下載具，研究人員可以把影像對應海水層中的化學特徵，得到動物視角的遷徙新圖像。
例如蒙特雷灣水族館研究所（MBARI）的海洋生態學家貝諾瓦－伯德（Kelly J. Benoit-Bird）和德拉瓦大學的海洋生物學家莫藍（Mark Moline）把一艘自主式水下載具送到加州南部卡塔利納盆地的海面下300公尺深處，以聲納測量晝夜垂直遷徙中的浮游動物。得到的回聲十分驚人，顯示出浮游動物會組織成明顯的群體，依類型緊密聚集，以準確的時間一同上升遷移。貝諾瓦－伯德如此描述晝夜垂直遷徙：「我們不能只把它想像成一個大致的過程，必須開始以個體和物種為單位。」而且每晚通勤的也不只這些好動的浮游動物，「使用這種策略的動物還有很多。」章魚、燈籠魚類（lanternfish）、管水母（siphonophore）和各式深海生物也夜夜長征，以避開各自的掠食者並覓食，以這些生物來說，也就是其他的遷徙者……
【欲閱讀全文或更豐富內容，請參閱〈科學人知識庫〉2022年第248期10月號】
延伸閱讀
留言 0