人口增長，城市工業化高速發展，溫室氣體排放對全球氣候的影響不容忽視。中國作為全球頭號碳排放國，資源節約和能源再利用是未來發展的目標。隨着科學技術發展，人們對溫室氣體排放來源的量化研究方法愈加豐富。海洋吸收了人類排放的二氧化碳和熱量，是調節氣候暖化的關鍵所在，備受海洋科學家們關注，然而，與土地接壤的河口海岸帶則少有人了解。香港科技大學海洋系何丁博士帶領他的追夢團隊「Dream」專注於河口海岸帶的有機碳循環研究，致力搭建涵蓋河流 —— 海洋多生境（介質）的有機碳分子「指紋」數據庫。

河口海岸帶有機碳循環示意圖

香港科技大學「Dream 追夢」團隊

中國河流 —— 海洋有機碳分子「指紋」數據庫構建參與單位（部分）

有機碳是碳相關研究中的術語。從化學層面來說，有機碳就是含碳和氫及其他可能元素的有機化合物。在我們的碳基生物圈中，任何生命循環都會産生有機化合物，「在水體里、空氣里、水底泥巴里，還有岩芯里… 我們就是在微觀層面關注這些物質的循環機制，以及在宏觀層面關注它對於全球碳循環和氣候變化的影響」。

一滴水里的世界

「我們關注碳循環中有機碳這個領域，相較於無機碳，有機碳十分複雜，我們要了解這些有機碳的來源。」有機碳的來源各式各樣，人類活動和天然的變化都會影響它們的活性和最終變化，有機碳最終面臨降解，而它的降解過程所釋出的二氧化碳，會影響全球的氣候變化。

以浮游植物為例，它從大氣中吸收二氧化碳，將之轉化爲能量供植物生長。當它們凋謝後，植物殘體經歷微生物降解，重新變成二氧化碳（無機碳）、甲烷等溫室氣體，影響全球的碳循環。碳匯在全球氣候變化中擔任重要角色，何博士解釋了「短時間碳匯、長時間碳匯」：如果這些浮游植物短時間內儲存了一些二氧化碳，但很快被降解了，其實並沒有很大意義，對環境無法產生有效影響；若碳匯的穩定性提高，可以長期停留在沉積物裏實現碳封存，就是長時間碳匯，這就有助於減少溫室氣體在大氣中的濃度，有助實現碳中和。

為什麼要研究河口海岸帶呢？海納百川，河口是各種物質進入海洋的必經站，何丁博士解釋，「河口往往是人口密集的地方（比如我們身處的大灣區），受人類活動的影響劇烈，河口海岸帶具有廣泛的研究價值，（我們）可以從中了解陸地生態系統有多少有機碳輸入到了海洋，在這個過程中有多少被降解了，有多少被保存下來，從而估計全球碳源和碳匯格局。進而改進一些氣候模型和預測模型的評估。」

所以團隊的一項主要工作就是在河海沿岸中「淘寶」，無論是植被的凋落物、原生動物、小型的底栖動物，乃至水中的懸浮顆粒、淺海的底泥，一一都不放過。爲了溯源，團隊涉足內陸的三大河流流域，深入青藏和新疆，「河口海岸帶的研究也要看在陸地發生了什麼改變然後再到海洋中，我們要觀察這中間的變化過程。青藏高原這些地方受人類的活動影響較少，保存的痕跡更完整，與大灣區這樣的人口密度高地區不同，可以做比較研究。」

何丁博士於某紅樹林濕地現場採樣工作照

「這是一個很跨學科的研究。」何博士介紹道，「需要用到一些遙感技術、分子生物學以及各種組學的方法來推動這個領域的發展。」海洋面積佔地球總面積的 70%，沿海國家或地區都將是何博士希望展開合作的目標，「我們會開展一些跨學科的國際合作，不同的河口海岸帶有不同的生態機制，要做一些不同的比較研究，這樣能夠進一步加深我們對連結陸地和海洋的活躍生態系統的認識。」

何博士形容他們的研究是在盲人摸象。「佛觀一鉢水，八萬四千蟲」，而在他們的研究中，這句話已超出了哲學意象成爲了眼前的真實寫照。「一滴水裏，有多少有機分子，數量多少，這些分子的平均分子質量是多少，到底大分子多還是小分子多，我們都不知道。」追溯有機碳研究歷史至今至少二百年，學界依然無法解答這些基礎問題。「現實中這些有機物質混合物過度複雜，我們利用各種技術去理解現實中的，這就像是一頭大象，我們在用不同的技術把他摸索出來，希望通過多種技術能把大象構建出來。儀器設備的侷限和複雜數據的處理對我們來說是巨大挑戰。」

「將研究做在祖國的大地上」

作為朝陽學科，何丁博士團隊面對重重挑戰，將研究做在祖國的大地上。分子指紋是團隊的研究方法之一，他介紹道，「如同基因測序一樣，我們利用一系列高精尖的質譜技術表徵有機碳，對有機物質進行的一種高通量測序，如此一來我們就可以評估它（有機物）到底是來自哪裏，到底是污染產生還是植物降解產生，我們還能夠評估它的碳匯潛力。」

何丁博士團隊研究涉及到的部分樣品位置

面對更為複雜的數據理解時，跨學科研究的特點被充分體現。「面對複雜數據的理解我們就需要用到一些技術實驗，特別是結合現在的數據科學，人工智能，包括大數據和機器學習等方法去理解。」生態系統是一個連續不斷變化的動態環境，室內的環境模擬受限，無法模仿自然的變化，「我們無法復刻連續的野外發生過程，只能針對逐幀瞬間進行學習，從而預測現場或將來溫度升高或二氧化碳濃度增加的趨勢下的變化過程，這裡就需要運用到數據科學或者大數據和基因學習的手段來幫助我們理解。」

關於研究中的新發現，何博士與我們分享，「現在有些東西，我們就知道它存在，但是不確定到底是什麽的，所以把它叫做暗物質，有點類似宇宙暗物質的概念。我們最近也關注這些暗物質對碳匯能力有什麽樣的貢獻。一般有機分子是碳氫氧氮硫磷這幾個元素，但鹵族元素氯溴碘等等，是有可能跟金屬形成化合物的，這是目前儀器的一個局限，還未能非常精準的區分。」

數據資源整合對於何博士的研究非常重要，「目前還有一個瓶頸是沒有國際的數據庫，研究學者缺乏國際宏觀的了解，導致研究比較孤立。」團隊在倡建一個「物質指紋」數據庫，「全球有基因序列數據庫，但還沒有一個屬於有機物質的指紋數據庫。」現時團隊已聯合了美國麻省理工大學、英國劍橋大學、德國姆霍茲海洋研究中心等大學和機構，希望可以填補目前全球有機物質研究的空白。與此同時，何丁博士也正在積極推動學科規則的設定，「關於數據推動的水生環境有機地球化學研究，我們需要大量的數據進行理解，這些複雜的數據目前仍然沒有一個國際規範的規則，我們希望推動聯合國際知名的團隊共同構建有說服力的規則，這樣才能夠更好的推動學科向前發展。」

何丁博士與美國、英國、加拿大、德國等同行探討國際分子指紋數據庫構建

「目前在中國有關質譜檢測的硬件設備仍有進步的空間，但是在軟件方面，我們已經具備了一定的領先。作為年輕的一代學者我們對『中國夢』非常自信，但是我們也正視自身的不足，重視自己的長處。」團隊也正在領銜整合一個以中國科學家爲主的「物質指紋」計劃，圍繞中國土壤和水域，該計劃由港科大國家重點實驗室和中國石油大學聯合發起，有三十多個院校及機構參與。「將研究做在祖國大地上」，何博士說出了他的願景。

知也無涯，迎風而航

本科學習生命科學，碩士學習分子生物學，博士到美國學習有機地球化學，博士後在美國工作一段時間後回到浙江大學工作，研究陸地生態系統，後來選擇香港科大海洋系，從事河口和近海研究。何丁博士可以說一直在看海，他說：「（研究過程）非常艱辛，像去米埔紅樹林，在淤泥地上探下去，對一些樣品進行采集，但看到日落、日出、會發光的魷魚、那個水母等等，就會很有意思。」

是喜歡日出還是喜歡海？何博士把團隊命名為「Dream」，他形容這是朝陽學科，令人不禁浮想起日漫裏「向夕陽奔跑」的畫面，只是換做「剛剛升起來的太陽」。作家劉慈欣的《朝聞道》描述了一群科學家爲了獲取學術「真理」而捨棄一切包括生命的一場知識獻祭，可是現實中不少學者都希望做先行者，擎旗自有後來人。何博士覺得：「可能在我有生之年，剛才說到的那些問題都不會找到一個明確的答案，但是我們希望慢慢地接近這個答案。」

香港正踏上創科發展之路，在何丁博士看來有什麼優勢呢？他說，香港學術氛圍良好，學者可以沉醉式的、心無旁騖的以興趣為驅動去做研究。他覺得興趣這回事一部分是與生俱來，一部分來自及時的正反饋，「我覺得好像很擅長這個，我就會更有興趣了」。另一方面就是香港的國際性、多樣性、包容性强，方便與國際學者合作。不過他也發現香港市民雖然就在海邊，但很多對海洋的了解還非常薄弱，他也希望政策制定者們更了解海洋科學的重要性。

注：本文圖片均為受訪者提供。

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