海胆是一种可承受寒冷和汹涌的海洋的一只带有寒冷和动荡的动物，几乎任何东西都吃，并从许多捕食者辩护 - 虽然不是人类的色谷 - 浓密的刺痛。它是诱发生物学家在1877年在瑞典西海岸的克里斯汀伯格建立了世界上第一个海洋研究站之一的生物学家之一，为庇护的Gullmar峡湾，其特点是深入的冷水，支持各种海洋生活。
这些水仍被输送到实验室，用于喂养海胆、鱼、海星和其他当地海洋动物的水族馆。但是今天，在克里斯汀堡进行的大多数实验都围绕着生物学家所称的“另一个二氧化碳问题”——人类正在进行的巨大的、正在进行的改变世界大气的实验正在导致海洋变得更酸性。即使是看起来很原始的Gullmar峡湾——花岗岩海岸排列着云杉和松树，清澈的海水，以及大量的羽绒、海鸥和许多鱼类物种——也无法免受全球变化的影响。
今年冬天，在古朗的峡湾水域出现了新的东西：一个十个巨型，透明聚氨酯袋的浮动阵列，每个漂浮的橙色管道的框架支持。每个袋子量达60英尺深的悬浮试管，含有近15,000加仑 - 一种原生海水和峡湾生物的所谓的“梅斯科姆”，距离外面的峡湾水有几个月。
项目的一部分海洋酸化的生物学影响该阵列是迄今为止规模最大、历时最长的海洋酸化研究。在一半的中型生态系统中，一个由五个欧洲国家的研究人员组成的团队已经将pH值降低到2100年世界海洋可能经历的水平。科学家们现在正在监测浮游生物和食物链上的其他生物——包括海胆、鳕鱼和鲱鱼的幼虫——是如何对改变的环境做出反应的。
今年夏天，当实验结束时，研究人员相信，他们将更好地了解在酸性更强的海洋中，哪些物种可能胜出，哪些物种可能失败。德国GEOMAR Helmholtz海洋研究中心和其他地方的研究人员先前的实验表明，当有更多的二氧化碳可用时，一些光合作用的浮游植物，如微型藻类，会受益。因此，在pH值为7.8的中生态系统中，食物链上更高的生物可能有更多的食物可供它们食用。
但处理更高水平的酸度可能会干扰生物像软体动物这样的生物能够建立壳，并且会导致其他生理压力。这些因素如何 - 营养可用性与改变的环境 - 影响各种物种是在中核科技实验中研究的关键问题。
Helmholtz中心的工程师Rolf Schwarz帮助设计了复杂的实验装置，他说:“小型生态系统提供了一个机会，可以看到几十年后的海洋会是什么样子。”
世界的海洋一直酸化更多，因为它们连续吸收大气中的二氧化碳。这些天，海水从化石燃料的燃烧中吸收了如此多的二氧化碳，就好像一个装满了一个装满碳的火车，每秒都是在海洋进入海洋时，24/7。因为二氧化碳与水反应形成碳酸，所以结果是海水已经越来越酸性。Though there’s a lot of regional variation, measurements have shown that the average pH of the ocean has declined by about 0.12 since the preindustrial era, from a starting point of 8.15 to 8.2, according to Ulf Riebesell, a biologist at the Helmholtz Centre and one of the leaders of the BIOACID project.
由于海洋不断从大气中吸收二氧化碳，海洋的酸性越来越强。
这可能似乎不是很大的事，是不是两个因素。First, there’s the alarming and accelerating trajectory that civilization is on: According to climatological models, at humanity’s current rate of carbon emissions the ocean’s pH would decline to 7.8 by around the year 2100. That would be the most acidic ocean in at least 300 million years, and the pH level would have changed in a much shorter period than is recorded in paleoclimatological records, according to a 2012 study led by paleoclimatologist Bärbel Hönisch of Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory.
Riebesell说:“环境条件的类似变化，比如今天的酸化，在过去曾多次导致物种大规模灭绝，尽管这些变化发生的速度比今天慢了10到100倍。”
其次，有广泛的实验室工作表明许多海洋生物不会对更酸性的条件响应。在约7.8的pH值下，许多壳生物溶解。一些鱼类幼虫生长得更慢，小丑鱼和海上蜗牛显示出异常行为，例如游泳朝向捕食者。酸化的影响甚至接受了水产养殖者和陈类者的关注：在太平洋西北，一些牡蛎农场的生殖失败已归因于水中的酸度．
这是这种记录的，导致Riebesell和他的团队开发实验性Mesocosms的夸张的负面影响。
他说:“这是在实验室里观察的一件事，一个生物体对另一个生物体。”“但我们真的想直接观察生态系统，包括所有属于它们的因素——捕食、竞争等等。我们想知道食物网是如何反应的，而不仅仅是单个生物体。”
但是，在鱼或海胆的整个生命周期中监测食物网需要数年的时间才能成熟，这将花费太长时间，也太昂贵。因此，里贝塞尔设计的中生态系统实验将重点放在许多代浮游生物和其他微小海洋生物上，这些生物成熟得更快，也会受到海洋酸度增加的影响。
这是一个有趣的想法，但实现起来并不容易。为了重复性和比较，研究人员想要10个小型生态系统——其中5个是装满海水的，可以添加额外的二氧化碳，另外5个是对照。亥姆霍兹团队之前是否安装并监控过mesocosms自2010年以来，在Spitsbergen，挪威和芬兰的位置，但仅适用于相对较短的时期。今年，为了捕捉春天的浮游植物绽放 - 光合作用的爆炸性是海洋食品网的基础 - 研究人员必须在1月底安装所有这些设备，当时峡湾经常用浮泥冰呛到。
有一段时间，铝船中的厚朴的研究人员必须巡逻阵列，以防止冰刺破袋子。然后，袋子开始沉没并泄漏，因为它们填充在冬天的高度，这是该区域海水特别盐水的时间，这增加了重量。研究人员必须重新填充Mesocosms并安装额外的浮标。
为了制造一半的酸性酸性，研究团队倒入了几百升的海湾水中，添加了大量二氧化碳的二氧化碳，在浮动袋内创造了7.8的pH。自2月中旬以来，科学家们一直在每两天的腔室水和堆积在底部的碎片上采样。死浮球，废料和其他有机物弥补了这种臭臭的泥土。通过分析水和底部碎片，研究人员可以讲述各种类型的浮游生物和其他生物在每个中科科姆及其相对比例中 - 这表明不同的生物如何在更酸性的条件下票价。
随着海胆适应更多酸性水，它们可能会失去应对其他应力的能力。
到4月中旬，他们观察到浮游植物的繁盛，然后被一群小型食草动物吃掉。在接下来的两个月里，他们将观察后代的浮游生物是如何相互作用的。他们将看到这些变化是如何通过食物链波及到高级动物的幼虫，比如海胆和鲱鱼。
如果Riebesell和他的同事们发现了控制单元和高二氧化碳单元之间的群落组成的差异，这将提供关于进化如何让生态系统适应的见解——以及哪些物种可能繁荣，哪些物种可能遭受损失。
研究人员将与哥德堡大学的研究员与Sam Dupont进行比较，哥德兰堡基于Kristineberg站。他对海胆和其他壳体的生物进行了许多实验室研究，并且能够表明血清幼虫确实有一些能力处理更多酸性水。在蜂窝水平，他们可以保护他们脆弱的钙质骨骼免受过度酸化的水。但是有一种成本。
“当幼虫在低pH水中升起时，它们留下了较少的能量，因为它们需要更多的能量来应对压力，”他说。“他们生长慢。这对幼虫来说是一个很大的问题，因为他们在水中释放的时间越多，他们就越暴露在掠食者。“核心更容易受到自由游泳幼虫的捕食，而不是在他们建造了刺的外部骨架之后，并变成了成年人。
“我们可能会知道适应是否有可能，”一个科学家说。
在最近的一项研究中，印第安纳大学生物学家Melissa Pespeni还将海胆幼虫暴露于高CO2条件。她发现，这些物种具有如此多的遗传多样性，即一些人可以在很好的情况下生存。但随着血管适应更多酸性水，它们可能会失去处理其他环境压力源的能力，例如污染或营养径流。
Pespeni说，需要什么是关注整个食物网的长期研究 - 正是在Gullmar峡湾的中科科学硕士学位中进行的那种实验。杜邦同意，并指出将他的实验室实验与峡湾的工作一起进行了很大的好处。“实验室工作之间的协同作用，我们可以控制每个变量，以及在生态系统中疯狂的混乱努力，”他说。“他们真的很互补。”
Mesocosms计划至少担任浮动水族箱，至少直到7月，其中研究人员预计几十代短期的浮游生物蓬勃发展。Riebesell希望对这种代工性进展的测量将提供有价值的见解。“我们将无法在百年内学习海洋的样子，”Riebesell说。“但我们可能会知道是否是一个想法概念适应是一种可能性。“