这种微小生物"迁移"一年所消耗的能量和全美国相当

每天夜晚，暮色降临之后，成群的海洋生物，从微小的浮游生物到大个头的鲨鱼，纷纷游出深海，整个晚上逗留在海面附近。他们在上层水域狂欢，进食，交配，黎明来临之前再次撤回深海。

这种（海洋生物的）大规模迁移现象称为“昼夜垂直移动”（diel vertical migration），通常认为是地球上最大的同步洄游。地球绕自身轴线自转，一片片海洋忽而面向阳光，忽而背离阳光，全球海洋如此这般，连续变化。 

垂直移动的规模巨大，全球影响也不可忽视。2020 年发表在《海洋科学前沿》（Frontiers in Marine Science）的一项研究显示，单个硅藻（diatom）细胞进行 400 微米的垂直移动，所耗能量仅为 0.12 pJ（1 pJ = 10^-15 J）。这看似微不足道，但放眼全球，海洋中硅藻的总数高达 4×10²⁹ 个——由此估算，全球硅藻每天上下移动 1 米，全年就要消耗大约 90 TJ（1 pJ = 10¹⁸ J）能量，这与美国 2020 年一整年全国消耗的总能量（88 TJ）相当，也超过了中国 2020 年全年能耗（145 TJ）的一半。 

“这消耗的能量难以想象。”挪威特罗姆瑟大学（Arctic University of Norway）的海洋科学家坎查纳·班达拉（Kanchana Bandara）说。

19 世纪初，科学家就首次记录下了海洋生物的迁移行为：当时，博物学家乔治·居维叶（Georges Cuvier）指出，名为“水蚤”（daphnia）的浮游生物每天在同一片浅淡水湖中消失又重现，昼夜循环。之后，第二次世界大战期间，人们发现了“深海散射层”（deep scattering layer）：海洋中的一片区域意外偏转了海军声纳的声脉冲，而且每天晚上会神秘消失，如同幽灵海床一般。 

美国斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）的科学家马丁·强森（Martin Johnson）提出了一个解释：深海散射层可能是向上迁移至海洋表面的海洋动物。1945 年 6 月，他在美国加利福尼亚州洛马角（Point Loma, California）附近的水域中检验了自己的想法。在 14 次捕捞过程中，他抓到了浮游生物、水母以及各种各样的甲壳类动物，证明了会动的深海散射层由夜间迁移的鲜活生物组成。

自此之后，科学家在自己观察的各类水体中都发现了这一有规律的迁移现象。无论是海洋、淡水，或者半咸水海岸，“这种情况普遍存在于各个海洋栖息地。”班达拉解释道，“从热带到极地，在各种地理位置上都相当普遍，而且也常见于各个生物分类群，从微小的浮游动物或浮游植物，到大型鲸和鲨鱼。” 

尽管海洋生物夜间移动的现象无处不在，但谜题仍未解开。研究表明，光线变化促使生物夜间“通勤”，但却不能解释生活在地球极地附近水域的动物如何知道什么时候该迁移，因为极地每年有好几个月不是极昼就是极夜。如今，研究人员致力于理解其中缘由，同时确定各种生物何时开始这趟旅行，以及为什么有些生物完全不迁移。

由于规模巨大，理解不同生物在垂直移动中的细微差异非常重要，科学家讲道，因为昼夜垂直迁移相当于一个巨型传送带，将海洋表面的颗粒碳向下传输至深海。若非如此，这些碳要么滞留海洋表面，要么重返大气层。考虑到生物垂直移动的规模之大，碳传送的影响也是难以估量的。