德國AWI實驗室的科學(xué)家Astrid Cornils使用ZooSCAN，成功地對先前保存的浮游動物舊樣品進(jìn)行了重新分析，并詳細(xì)比較了浮游動物顯微鏡計數(shù)方法和圖像分析方法（ZooSCAN）結(jié)果的異同，致力于將兩種浮游動物分析方法相結(jié)合，用于海洋浮游動物長期監(jiān)測。
浮游動物，特別是橈足類浮游動物，是初級生產(chǎn)和更高營養(yǎng)水平之間的連接樞紐。浮游動物對碳的循環(huán)和輸出也至關(guān)重要。近年來，北極的海洋生態(tài)系統(tǒng)受到氣候變化的嚴(yán)重威脅，海冰厚度和覆蓋范圍不斷縮??；此外，在過去幾十年里，大西洋暖水的流入有所增加，已經(jīng)改變了北冰洋部分海區(qū)的浮游動物群落，北冰洋的遠(yuǎn)洋浮游生態(tài)系統(tǒng)受到了嚴(yán)重威脅。
在未來的北極，結(jié)合環(huán)境變量，對浮游動物種群動態(tài)進(jìn)行評估是預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)過程和功能的關(guān)鍵。因此，對浮游動物樣品加速分類鑒定，快速獲取生物量和粒徑數(shù)據(jù)以供建模是至關(guān)重要的。
采樣于2011年6月29日至2011年7月10日進(jìn)行。采樣地點位于弗拉姆海峽（圖1）。使用浮游生物連續(xù)采樣網(wǎng)MultiNet（Midi型，HYDRO-BIOS，德國圖2）采集浮游動物樣品，采樣水深分別為1500-1000-500-200-50-0 m。
圖1 采樣站位圖
采集到的浮游動物樣品于2011年10月到2012年3月進(jìn)行了顯微鏡分析，并于2019年使用浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)（ZooSCAN，圖3）對存檔樣品進(jìn)行了重新分析，并將兩種分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)比較。
圖2 浮游生物連續(xù)采樣網(wǎng)MultiNet
圖3 浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)ZooSCAN
1. 浮游動物分類組成和總豐度
通過顯微鏡和ZooSCAN圖像分析方法獲得的浮游動物分類組成和總豐度的結(jié)果相似。顯微鏡方法共鑒定出43個浮游動物類群，ZooSCAN圖像分析方法共鑒定出41個浮游動物類群（表1）。兩種方法中，橈足類均為最豐富的類群。非橈足類占浮游動物總豐度的10%以下（ZooSCAN：平均3.3%；顯微鏡：平均3.5%）。兩種分析方法也得到了相似的浮游動物分布模式，總豐度總是在0-50米范圍內(nèi)最高，而隨著深度的增加，所有站點的中型浮游動物豐度都顯著減少（圖4）。
值得一提的是，在本實驗中，由于顯微鏡方法分析時，分析人員具備的分類學(xué)專業(yè)知識還不夠全面，導(dǎo)致三種浮游多毛類物種未被鑒定出來。而此次ZooSCAN成像方法再分析，在原來的樣品中又鑒定出了此前未經(jīng)發(fā)現(xiàn)，只出現(xiàn)過一到兩次的橈足類物種，這表明ZooSCAN圖像分析方法，也更容易檢測出稀有物種。
表1 通過ZooSCAN和顯微鏡方法鑒定的浮游動物類群。
圖4 主要浮游動物類群的相對豐度，A. ZooSCAN圖像分析方法；B.顯微鏡方法；C.兩種方法中浮游動物的總豐度（ind m-3）
2. ZooSCAN和顯微鏡之間的豐度比較
ZooSCAN圖像分析方法和顯微鏡計數(shù)方法得出的6個站點的浮游動物總豐度呈顯著相關(guān)關(guān)系（R2= 0.94，p > 0.0001；圖5）。這兩種方法得到的豐度比值在浮游動物總數(shù)、數(shù)量豐富的Calanidae和Oithonidae科以及數(shù)量較少的Metridididae科中都接近1:1。
ZooSCAN圖像分析方法可以確定很多大型橈足類的發(fā)育階段，如Calanus，Metridia，Paraeuchaeta，Heterorhabdus，Scaphocalanus和Aetideidae。在小型橈足類動物中，如Microcalanus、Spinocalanus和Pseudocalanus，能夠在圖像上識別雌性和雄性。
圖5 兩種分析方法關(guān)于樣品豐度的相關(guān)關(guān)系。黑色線表示1:1比例；藍(lán)色線表示顯著關(guān)系
3. NBSS
對所有水層（0-50-200-500-1000-1500m）的浮游動物標(biāo)準(zhǔn)化粒徑譜（NBSS）進(jìn)行了歸一化處理。在所有樣品中，小型浮游生物占主導(dǎo)地位。表層水（0-50m）NBSS斜率的陡峭度在各個站點之間差異很大，而在1000-1500m的水層中，斜率較為一致，介于0.51和0.69之間。
Astrid的研究表明，在對北極生態(tài)系統(tǒng)中浮游動物的樣品進(jìn)行分析時，ZooSCAN圖像分析方法可以是顯微鏡方法的很好替代。兩者在浮游動物分類組成、總豐度以及大型關(guān)鍵物種的種群結(jié)構(gòu)分析中具有一致性。這種一致性可以將歷史（顯微鏡）數(shù)據(jù)與ZooSCAN圖像分析數(shù)據(jù)相結(jié)合，用于長期監(jiān)測。
相關(guān)文獻(xiàn)
1. Cornils A, Thomisch K, Hase J, et al. Testing the usefulness of optical data for zooplankton long‐term monitoring: Taxonomic composition, abundance, biomass, and size spectra from ZooScan image analysis[J]. Limnology and Oceanography: Methods, 2022, 20(7): 428-450.
