“海没有改变,改变的是我们看海的方式”
“海没有改变,改变的是我们看海的方式”
一块从冷泉、热液区采集的深海沉积物,可能保存着尚未被人类培养和认识的微生物;一组持续变化的海洋观测数据,记录着热量、盐度与环流之间的复杂动态联系。一枚微小的底栖生物标本,需要研究人员用尖端只有30微米的特制镊子解剖;一块长期经受海水冲刷的金属试片,则检验着材料能否抵御腐蚀和污损。这些尺度悬殊的研究,最终共同指向同一片海洋。
在中国科学院海洋研究所(以下简称海洋所),物理、化学、生物、地质与材料等学科围绕海洋问题交叉融合,观测、实验、数值模拟和人工智能等方法不断拓展人们认识海洋的边界。

海洋所
中国科学院大学(以下简称国科大)海洋学院迈向成立十周年之际,依托研究所牵头建设、管理和运行的科教融合平台,科研人员走上讲台,青年学生进入实验室、登上科考船,在真实任务中学习如何提出问题、验证判断。

国科大海洋学院
国科大海洋学院院长、海洋所所长、国科大博士生导师王凡将这种变化凝练成一句话:“海没有改变,改变的是我们看海的方式。”

王凡
问海在系统中理解深蓝
海洋连接着全球物质循环与气候系统。海水中的碳、氮、磷、硅等生源要素支撑着海洋生命,也通过转化、沉降和长期留存参与气候调节。认识这些过程,既关乎海洋基础科学研究,也与我国应对气候变化、推动“双碳”目标实现紧密相连。

长期从事海洋生物地球化学研究的海洋所研究员宋金明认为,海洋碳汇不是某一个环节的单独作用,而是物理、化学、生物和地质过程共同参与的复杂系统。科研人员既要追踪物质从何而来、如何转化,也要判断它最终能否长期留存在海洋中。这样的研究很难由单一学科完成,需要不同知识背景的研究者围绕同一个问题协同工作。
宋金明自己的求学经历跨越多个学科:本科阶段学习地质学中的化学,硕士阶段研究海洋化学,博士阶段转向海洋地质,后来又进入生态环境研究。这些跨学科经历让他更加重视从不同维度理解同一个科学问题。这种跨学科培养的思路也延续到了对学生的指导中。曾师从宋金明的袁华茂研究员,从海藻活性物质提取等应用研究转向海洋有机碳循环;马骏副研究员关注大洋最小含氧带的全球分布、区域差异及其生物地球化学效应;学生臧子赫从环境专业进入海洋领域,开始整合全球溶解氧等数据并尝试模型研究。新的知识体系没有捷径,文献阅读、理论学习和研究思路的形成,都需要长期扎实的积累。
从海洋碳汇到大洋缺氧,从全球数据到一份海底样品,青年科研工作者面对的都是没有现成答案的问题。所谓深蓝机遇,首先是进入未知领域、学习提问的机会,也是把国家需求转化为科学命题,再用长期而严谨的工作推动认识向前一步。
续航让科研方法代代相传
海洋科学研究周期长、任务重,许多问题需要几代人接续回答。在海洋环境腐蚀与防护领域,这种传承尤其具体。船舶、码头、桥梁、海上光伏和风电设施长期处于海洋环境中,会同时受到盐分、光照、微生物附着和电化学过程的影响。中国工程院院士侯保荣等老一辈科学家开创并推动的研究方向,正在一代代师生之间延伸。国科大博士生导师、海洋所研究员段继周介绍,海洋环境腐蚀与生物污损研究,既要回答材料与环境相互作用的基础问题,也要形成能够进入工程现场的防护技术。学生进入课题组后,不仅要理解材料、环境、微生物和电化学之间的联系,还要把实验室结果带到近海、岛礁等真实环境中检验。

段继周
方法的传递常常发生在实验台前。国科大硕士生导师、海洋所副研究员翟晓凡团队中的一名博士后原本从事微生物研究,进入海洋腐蚀领域后,开始尝试把微生物与材料连接起来。刚加入团队时,师兄师姐几乎毫无保留地带她做实验;等到自己需要指导后来者,她才体会到,把一个步骤讲清楚、等对方真正理解并不容易。带领别人做实验,也促使她重新审视原本熟悉的知识。

翟晓凡(右一)指导学生
比操作步骤更重要的,是对“为什么”的追问。国科大博士生导师、海洋所研究员刘娜珍团队的学生代永超记得,导师经常提醒他:“你要知道为什么。”导师不要求学生一味追求数据数量,却会反复追问材料为什么呈现某种性质、观察到的现象能否得到机制解释。学生由此从按步骤操作,逐渐走向从现象追问机理,并为自己的研究选择负责。

代永超在进行实验
教学也会反过来塑造导师。国科大博士生导师、海洋所研究员李元龙为了讲授“海洋水文资料数据处理方法”,需要把过去偏重应用的方法重新梳理,从基本原理、发展过程到不同方法的优劣,形成完整的知识体系。科研进入课堂,不是把论文结论直接搬上讲台,而是把研究者如何提出问题、比较方法和验证判断的过程交给学生。
逐浪在科考一线学会负责
对于许多海洋学科而言,实验室无法替代真实海洋。科考船、潮间带、珊瑚礁和深海采样现场,由此成为研究生培养中的另一类课堂。
国科大硕士生导师、海洋所副研究员程娇主要从事海洋甲壳动物多样性、进化及适应性进化研究。她把分类学解释为“给海洋生物上户口”:确认一个物种叫什么、分布在哪里、与哪些物种亲缘关系更近。只有先摸清海洋生物的家底,后续的资源利用、生态保护和机制研究才有可靠基础。
要把这份“家底”摸清,一线经验不可缺少。实验室中的标本已经脱离原有生境,研究者只有走进潮间带、珊瑚礁或深海,才能看见生物怎样生活,并从环境与形态的联系中发现新问题。涉及珊瑚礁生态系统研究的学生,需要学习游泳、接受训练并取得潜水证;深海样品则要依靠科考船和水下机器人获取。
一次航次中,团队获得了过去多年没有采到过的一类深海底栖生物标本。为了观察微小附肢,研究人员用尖端只有30微米的特制镊子进行解剖,再借助工业显微镜完成拍摄。船上经常是全天候作业,团队里长期从事分类学研究的博士生孙玉立坦言,在船上一天能“轻轻松松”走上万步。这条“路”上,她从跟随师兄出海完成任务,成长为可以带领师弟师妹上船、代表团队现场研判的“独当一面”,何霖便是她所带“出徒”的师弟之一。
主题:海洋所