2022年6月29日,，《海洋科學前沿》（Frontiers in Marine Sciences）刊登了一項由意大利安東·多恩動物學研究站（Stazione Zoologica Anton Dohrn）牽頭完成的新研究，探討了與“海洋十年”成果相關的最新科學進展,，分析了海洋勘探和監(jiān)測活動中新技術的采用情況,，組學和生物技術在應對海洋污染方面的重要性,，以及其他創(chuàng)新型解決方案。

過去幾十年來,，海洋污染已達到驚人的程度,。沿海地區(qū)的海洋沉積物中包含了大量以持久性有機污染物和重金屬為代表的有毒化學污染物。這些分子往往通過海洋食物網進行生物積累和生物放大,，并對生態(tài)系統(tǒng)造成了破壞性影響,。在開闊水域，主要風險包括開采或海上運輸造成的石油泄漏,。由于廢棄物使用和處理不受控制,，塑料污染也被視為海洋面臨的一大危險。預計到2030年,，進入海洋的塑料將達到2000萬噸,，這對海洋環(huán)境構成了重大威脅。過去的海洋污染治理策略依賴于清除和處理沉積物,，但這些手段存在空間有限和成本過高等缺點,，因此缺乏實用性。得益于近年來海洋生物技術的進步,，原位生物修復策略已被證實為行之有效的污染物清除手段,，特別是對于碳氫化合物而言。生物修復技術包括生物表面活性劑修復,、生物刺激效應和生物強化技術,。

諸多研究表明，一些微生物包含有助于降解塑料聚合物的酶,。因此，將其基因或路徑整合到優(yōu)化的微生物宿主中或將成為塑料生物修復的關鍵,。塑料降解的主要限制因素是對塑料降解酶（PDES）的認識仍不充分,，因此，識別影響塑料聚合物的新型微生物有望推動生物催化劑的發(fā)現,。

微生物是生物修復過程的主體,。具體而言，細菌和微藻因其生長速度快,、代謝能力強,、在海洋中分布廣泛，因而被廣泛應用于多環(huán)芳烴（PAH）和重金屬的生物修復,。目前已存在使用大型有機體的系統(tǒng),，并得到了許多應用。大型藻類可通過不同的機制積聚重金屬,，并降解新出現的污染物,，主要是合成有機化學品,。因此，大型藻類有望成為處理城市或工業(yè)廢水的有效解決方案,。

基于大型藻類的廢水處理技術已經在許多國家得到實施,，如美國、英國和澳大利亞,，該方法具備顯著優(yōu)勢,，可產生大量的藻類生物，進而用作化合物,、肥料甚至能源的來源,。該技術的最新應用則涉及微藻和大型藻類在重金屬生物修復中的協(xié)同利用和生物工程的原位應用。

對大型藻類進行基因改造的關鍵在于打造其污染物吸收能力,，以及改變降解有害污染物的代謝途徑,。就工程微生物的利用而言，一些國家（特別是歐盟國家）通過立法嚴格限制其使用,，這些立法更多出于政治理念而非科學認知,。另一種具有生物修復潛力的大型生物是海綿。海綿是天然的活性過濾器,，每天可過濾數百升水,，以周圍海水中的超浮游生物和溶解有機物為食。此外,，與海綿有關的微生物,，即細胞內共生物具備積聚或降解諸多有機污染物和有毒金屬的能力。借助這些能力,，海綿可以用作生物修復劑,，進而清除沿海地區(qū)的有毒細菌，改善水產養(yǎng)殖或海水養(yǎng)殖系統(tǒng),。

清潔海洋只是海洋保護的第一步,。在過去的幾年里，諸多科學研究表明,，海洋資源及其生物多樣性急劇枯竭,。海洋生態(tài)系統(tǒng)的保護必須依靠全面且強大的監(jiān)測系統(tǒng)。但是,，監(jiān)測和保護這一廣袤的環(huán)境,，特別是近海和深海海域，仍面臨重大挑戰(zhàn),?？茖W界尚未掌握關于數千種稀有海洋生物的基本生物信息。海洋科學和環(huán)境保護研究需要開展費用高昂的考察活動,，而且往往受到極端氣候和環(huán)境狀況的影響,。因此,，在認識不足的地區(qū)獲取數據仍然是一項艱巨的任務，而且也是開展海洋保護需克服的限制,。按照現有的全球趨勢,，海洋監(jiān)測正在迅速創(chuàng)新，旨在開發(fā)更多獨立系統(tǒng),，能夠以更高的分辨率開展長期和大尺度監(jiān)測,，進而采集大量數據。目前的國際計劃旨在通過繪制海洋生境填補這一空白,，并在水下部署了多種類型的觀測站,，向國際專家開放。

近20年來,，自主無人潛水器（UAV）,、遙控潛水器（ROV）和載人潛水器（MUV）等水下潛水器多用于物理海洋學和生物地球化學研究，主要針對全球變暖這一緊迫問題,。自主觀測系統(tǒng)（AOS）的改進是提升探索和認識海洋環(huán)境能力的一個關鍵因素,。隨著計算能力的進步，自動化數據分析技術,，即機器學習方法得以發(fā)展,，以監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)和海洋生物，有助于對大量數據以迅速可靠的方式進行分析,，并產生標準化測量結果,。

研究證明，海洋生物多樣性比先前所認為的更脆弱,，全球變暖導致的氣溫上升導致生物多樣性喪失加劇,。歐盟當前的政治議程日益重視通過保護和恢復自然生態(tài)系統(tǒng)降低環(huán)境破壞，制定雄心勃勃的計劃以減少人類活動影響,，即《歐洲綠色協(xié)議》（European Green Deal）,，以及承諾恢復退化的生態(tài)系統(tǒng)和保護生物多樣性，即《歐盟2030年生物多樣性戰(zhàn)略》（European Biodiversity Strategy for 2030）,。向可持續(xù)社會過渡亟需發(fā)展和管理與物理化學傳感器網絡相結合的海洋生物多樣性觀測系統(tǒng)。須將已有的長期生物多樣性數據集和傳統(tǒng)及新興手段相結合,，以實現區(qū)域覆蓋,。

因此，通過國際協(xié)作的方法（如EMBRC,、EO-Bon和GEO-Bon）,，海洋生物多樣性觀測網絡（BONs）在整合研究工作和生成數據方面發(fā)揮著重要作用。BONs將在全球范圍內建立一個標準化生物多樣性評估流程,。BONs將提供共享數據集,，以認識當地生物多樣性的變化,，以及這些變化與全球變化之間的關聯，并為政府制定與海洋資源保護相關的政策提供信息,。此外,，數據采集須采用嚴格的協(xié)議和質量控制手段，以確保實驗的可復制性并利用原位觀測數據驗證海洋模型的有效性,。例如,，歐盟海洋組學生物多樣性觀測網（EMO BON）是歐盟對全球組學觀測的一項貢獻，該觀測網遵循適當的數據和元數據標準,，深入了解海洋生物多樣性的遺傳結構,。

此外，受新技術和數據處理自動化的推動,，通過標記進行海洋動物遙測也是一個重要的新興領域,，對動物保護和管理具有至關重要的意義。最后,，積極的生境恢復是一個重要理念,，預計在不久的將來將對海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康和復原力發(fā)揮重要作用。

從人類社會的角度而言,，海洋保護也是涉及營養(yǎng)和經濟的根本問題,。海洋對糧食安全和營養(yǎng)作出了重大貢獻，將在全球糧食體系中發(fā)揮更大的作用,。但是,，就全球陸地資源而言，目前的糧食安排導致了60%的生物多樣性喪失,，其中30%與商業(yè)魚類種群的過度開發(fā)相關,。目前對物種的保護現狀不一，一些較小的物種處于未知狀態(tài),，如圓舵鰹,、鰹魚和小鮪，一些物種處于完全開發(fā)狀態(tài),，如鯖魚,、藍鰭金槍魚、箭魚則正在從枯竭中恢復,。漁業(yè)補貼主要集中在大規(guī)模工業(yè)捕魚船隊,，對小規(guī)模漁業(yè)的關注不足。漁業(yè)部門的犯罪活動,，如市場欺詐和非法,、未報告和不受管制的捕撈活動，也影響著海洋環(huán)境和相關生態(tài)系統(tǒng)。須制定一項具體的海洋治理戰(zhàn)略,，以實現可持續(xù)海洋經濟,，其目的是評估各個國家包括海產品在內的糧食資源，同時促進所有漁業(yè)資源發(fā)展,，包括漁業(yè)拋棄物和副漁獲物,，并削弱進出口制度。目前,，魚類,、甲殼動物和軟體動物只能提供17%的可食用肉類；到2050年,，可持續(xù)漁業(yè)和海水養(yǎng)殖的產量應提高36-74%（從2100萬噸增加至4400萬噸）,，滿足全球人口急劇增長（預計到2050年將達到100億）產生的12-25%的肉類增長需求。

為了向不斷增長的全球人口增加水生食物生產,，并使其以可持續(xù)的方式進行,，須在確保決策過程納入現有最佳科學意見的同時，改進所有地區(qū)的漁業(yè)評估和管理制度,?？茖W還有助于支撐水產養(yǎng)殖的持續(xù)增長，尤其是能夠確保社會,、環(huán)境和經濟可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新實踐,。關鍵在于，這些進程應與海洋空間規(guī)劃活動同步進行,，海洋空間規(guī)劃興起于近些年,，得到了聯合國教科文組織（UNESCO）和海洋空間規(guī)劃全球倡議的支持和推動。海洋空間規(guī)劃指將海洋的多個用戶集中在一起的過程,，包括能源,、工業(yè)、政府,、保護和娛樂用戶,，以便就如何可持續(xù)利用海洋資源做出合理決策。海洋空間規(guī)劃一般利用地圖繪制更全面的海洋區(qū)域圖,，確定使用的地點和方式,，以及存在的自然資源和生境。通過對海洋生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)劃和繪制過程,，規(guī)劃人員可考慮海洋工業(yè)對海洋的累積影響,，確保海洋工業(yè)更加可持續(xù)，并積極減少同一片海域不同海洋工業(yè)之間的沖突,。

確定新的可食用物種將成為未來增加糧食供應的解決方案之一。除了食物以外，海洋還服務于人類的其他需求,，尤其是保健,。海洋生物多樣性蘊含著大量未經開發(fā)的有用物質，可應對當今的一些全球健康威脅,，如癌癥,、抗藥性感染和流行病。海洋生物多樣性的豐富程度與分子水平的生物化學多樣性相當,。近年來,，具有潛力的海洋天然產物（MNPs）數量迅速增加。截至2016年底,，已查明的新型化合物約為28500個,。開發(fā)針對海洋天然產物的“微生物細胞工廠”工具和菌株，進而充分釋放海洋代謝物的潛力,，將成為未來10年的挑戰(zhàn),。

為了確定可采取適當保護行動的領域和方式，從而保護海洋,，并以可持續(xù)的方式利用海洋資源,，應重視有效的科學數據和研究。數據采集和分析是制定模型和戰(zhàn)略進而解決海洋健康問題的基礎,。一般而言,，海洋信息技術涉及海洋領域的觀測、通信和控制工具,，這包括采集,、傳輸、處理和整合安裝在設備,、平臺,、觀測站和船只上的多個傳感器。長期以來,，這一主題與海洋環(huán)境的聲學,、光學和電磁傳感相關，最突出的是聲納/雷達處理和衛(wèi)星遙感,。時至今日,，海洋信息技術伴隨著有線或無線海洋觀測網絡的發(fā)展，成為信息技術的一個專門分支,。海洋信息技術在海洋科學研究,、環(huán)境勘探、資源開發(fā),、安全和防御等諸多水下應用中發(fā)揮著重要作用,。一個基于信息技術的海洋環(huán)境對于提供有效的監(jiān)測和保護協(xié)議，以及應對一些關鍵問題，如數據采樣流程中的自主性,、適應性,、可擴展性、簡潔性和自愈性而言必不可少,。在設計,、開發(fā)和部署新型傳感器和觀測工具時，應在較難進入的環(huán)境中考慮以下具體要求：高阻力,、低能耗和低能量采集和數據流,。

海洋生物信息學指利用信息和網絡技術采集、儲存,、整合,、分析、解釋和傳播海洋生物的分布,、特征,、系統(tǒng)分類、系統(tǒng)發(fā)育,、生物分子結構和基因組學等數據,。生物信息學領域為實驗室和網絡技術領域提供了專門的分析技術工具，以實現從海洋生物中獲取潛在藥物,、防污劑,、生物材料等天然生物活性化合物的目標。生物信息學在海洋生態(tài)學,、生物學,、生物技術和分子生物學等領域具有較高的應用價值，是根據基因發(fā)現和開發(fā)海洋藥物的重要組成部分,。海洋生物信息學包括海洋基因組學和海洋蛋白質組學,。未來的主要挑戰(zhàn)是填補數據整合、編錄和基因組結構重建方面的能力與認識基因組表達和監(jiān)管網絡需求之間的差距,。

過去幾十年來,，對有害藻華的監(jiān)測正在增加，并制定了多學科手段,，以便對其進行早期監(jiān)測和分析（預警系統(tǒng)）,。尤其關鍵的是，遙感和近端遙感提供了有用的數據,，可通過測量特定波長下從水面反射的光監(jiān)測有害藻華,。光合色素、葉綠素和類胡蘿卜素的獨特光譜反射特征可用于追蹤藻華,，而藻膽蛋白則可用于評估藍藻的傳播,。衛(wèi)星傳感器能夠確保覆蓋較大的時間和空間尺度,，而配備多光譜相機（近端遙感）的飛機和無人機能夠在受限制區(qū)域提供更強的分辨率，因此靈敏度更高,。通過光譜異常監(jiān)測,，遙感/近端遙感圖像可能會限制采樣區(qū)域開展原位環(huán)境研究的能力,，包括化學和元組學分析,，以評估藻華結構和毒性,。這是未來對有害藻華事件做出適當響應面臨的技術挑戰(zhàn),。

全球海洋環(huán)境不斷變化的另一個顯著例子是噪聲污染,。過去60年,，人類海上活動的增加導致噪聲水平每10年翻一番,。許多研究將人為噪聲描述為海洋動物的一種重要應激源,，導致行為改變,、聽力喪失和溝通受限。海洋現狀正在經歷迅速變化,，不僅與人為聲源的增加有關,，而且還與發(fā)聲動物的數量減少相關。此外,，受全球變暖的影響,，地球物理來源的影響也在變化。要減少海洋環(huán)境中的噪聲壓力,，亟需彌合科學與海洋工業(yè)之間的差距,，改進創(chuàng)新解決方案，規(guī)范全球市場,，并促進沿海社區(qū)的行為變化,。此外，采集新信息必不可少,，因為許多海洋生境的聲音構成仍處于未知狀態(tài),，與海洋生物生態(tài)相關的關鍵信息可通過被動聆聽海洋獲得。鑒于此,，全球海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）生物和生態(tài)系統(tǒng)小組最近將水下聲音添加為“基本海洋變量”（EOV）,。

一個更加安全的海洋也意味著海洋得到進一步監(jiān)測和保護。在不斷變化的環(huán)境中,，海洋空間規(guī)劃對于海洋管理的界定機制也不斷變化,。須借助長期數據序列為開發(fā)預測模型提供指導。此外,，不可預測的事件可能影響生態(tài)系統(tǒng),，例如新物種、龍卷風和新洋流的出現以及火山爆發(fā),。這些事件可能極大地改變生態(tài)系統(tǒng)的平衡和運作,。過去10年,，獲取各種信息的技術工具得到了極大的改進，隨著這些技術的發(fā)展,，目前的數據獲取能力得到顯著提升,。但是，準確解釋這些龐大數據集和分析元數據庫所需的技能和算法仍是一個薄弱環(huán)節(jié),。須實現從數據采集到生物現象闡釋的轉化,，進而開發(fā)有助于保護生物多樣性、環(huán)境和人類健康的預測模型,。

只有以科學成果為基礎,，才能實施有助于減少海洋風險的措施，進而提高海洋安全性,。采取多學科手段進行觀測,、監(jiān)測和建模，將推動更有效和更可持續(xù)的管理與開發(fā)政策,。實施海洋工業(yè)和漁業(yè)的最佳實踐政策,，推動海洋資源的可持續(xù)利用對于減少人類影響而言必不可少，這可以通過執(zhí)行海洋空間規(guī)劃原則實現,。在這方面已經啟動了諸多倡議,，比如，在地中海地區(qū),，“我們需要的科學,，我們想要的地中海”計劃旨在應對科學知識方面的重大挑戰(zhàn)和差距,，從而在考慮新出現的環(huán)境問題的同時管理區(qū)域影響,。“生物分子海洋觀測網絡”（Biomolecular Ocean Observing Network）正在開發(fā)一個全球系統(tǒng),，幫助科學屆和社會了解和保護海洋生物,，并幫助社區(qū)發(fā)現生物危害。該計劃得到了“海洋十年”的批準,，將成為下一代海洋觀測系統(tǒng)的一個重要組成部分,。

“海洋十年”的成功將取決于利用新技術和方法采集新數據的能力。獲得可靠的科學數據有助于為污染防治,、海洋保護和恢復提供科學支撐,，并打造向公眾傳達有力信息的溝通工具。此外,，須提供更多證據應對環(huán)境問題,，確定并啟動適當的緩解和恢復行動，為決策者提供信息,，從而對海洋資源進行有效的可持續(xù)管理,。須建立一個區(qū)域設施和多學科觀測網絡,，以探索海洋，更好地了解海洋生態(tài)系統(tǒng)的現象,，并監(jiān)測其在地球系統(tǒng)演變中發(fā)揮的作用,。須在海洋中部署配備多種傳感器的平臺，用于測量不同的物理,、生物地球化學和生態(tài)學參數,，并應對氣候變化和地質災害等極端事件。通過結合不同的學科,，能夠針對海洋生態(tài)系統(tǒng)的評估提供更全面的認識,，這對海洋政策的未來至關重要。

建立一個中央數據門戶和針對海洋生物的信息中心對于組織和吸收多學科數據集以及為科學家,、保護主義者、普通公眾和決策者提供公開簡明的知識而言至關重要,。須加強數據網絡,，如歐洲海洋觀測數據網絡（EMODnet），以便通過多用途的方式提供海洋物種時空分布相關信息,。目前并非全球所有區(qū)域和數據類型具有同等的顯示度,，與物理化學數據集相比，生物數據的普及程度低得多,?！?/span>EMODnet生物學”數據庫以世界海洋物種名錄（WoRMS）和海洋生物多樣性信息系統(tǒng)（OBIS）為基礎設立。WoRMS提供了一個權威的海洋生物分類和數據庫,。OBIS正在建立一個全面的世界海洋生物多樣性和生物地理數據在線門戶,。

數據共享對于制定開放型科學政策至關重要。制定具體的數據管理計劃也是未來海洋研究的另一個基本方面,。在科學數據公布之后,，國際社會能夠利用“數據重用”原則對于改進發(fā)現和提升未來的創(chuàng)新水平至關重要?？砂l(fā)現,、可獲取、可互操作和可重用原則（FAIR）是歐洲學術界的指導原則,。

如果不積極傳播科學研究成果,，就無法保證科學研究的完整性。向公眾傳播新發(fā)現及其影響很有必要,，這在“海洋十年”的背景下尤其顯著,。“對科學的公眾認識”（Public Understanding of Science,，PUS）模式迅速被轉變?yōu)椤肮妳⑴c科技”模式（Public Engagement with Science and Technology,，PEST）和“公眾科學意識”（Public Awareness of Science,，PawS）模式。在后兩種模式中,，研究人員認識到溝通是一個雙向的過程,，應鼓勵受眾參與其中，以提高公眾對科學研究中重大主題的認識和共識,。

為了推動公民的行為改變,，決策者應重視對生物多樣性保護行為起到積極影響的內驅力的重要性。這種影響將促使人們改變其觀念和態(tài)度,，并揭示其對于環(huán)境保護行為的重要性,。此外，對政府和機構的信任有助于推動對決策者制定的政策的重視,，從而確保積極的行為改變,。這些發(fā)現不僅意味著決策者應在其交流中納入社會影響計劃，還表明科學機構可作為信息載體,，有助于培養(yǎng)對生態(tài)友好型行為的環(huán)境意識,。