潮汐能，龟的交配习性

我是理查德·霍林厄姆，这一次，在一个以海洋为主题的地球播客中:潮汐能产生多少电力，以及监测海龟交配习惯的挑战。

大卫·理查森:很难观察到有多少只海龟，它们在做什么，很难观察到它们在哪里、什么时候和谁交配……

理查德·霍林厄姆:稍后会详细介绍海龟保护工作。这次我在利物浦的默西河岸边。在我身后是经过精心修复的阿尔伯特码头的旧仓库，引人注目的利物浦新博物馆皇家利弗大厦的圆顶和塔楼，顶上的利弗鸟在薄雾中隐约可见，在我脚下的石头码头上拍打着默西河，一公里宽的地方是伯肯黑德，南面是威勒尔河。好吧，我得承认你今天早上看不到太多东西。水面上漂浮着一层薄雾，尽管我们的上方是蓝天，我和来自国家海洋学中心的朱迪思·沃尔夫和尼克·耶茨在一起。他们一直在研究这个河口和英国其他地区利用潮汐能发电的潜力。

朱蒂丝，你说的潮汐能是什么意思。我想我们知道潮汐是什么，但是什么是潮汐能呢?

朱迪思·沃尔夫:潮汐能是潮汐的动能和势能的总和。如果我们考虑利物浦本身，春天的潮汐差是10米。这是英国最高的之一，几乎是世界上最高的。这种能量可以通过各种方式捕获，通过运行一个装有涡轮机的拦河坝。另一种能量是潮汐流动的动能在像这里这样的直道和河口，我们可以得到非常大的水流，可以达到几个海里的速度，这种能量也可以被利用。

理查德·霍林厄姆:这里十米!所以在码头和下面的水之间潮水上升了十米。

朱迪思·沃尔夫:那是在退潮和涨潮之间，是的，在最大的春季潮差上。

理查德·霍林厄姆:所以，那里可能有大量的能量?

朱迪思·沃尔夫:没错。你能从河口潮汐中获得的能量与河口后面的区域，河口内部的区域以及河口的潮汐范围有关。

理查德·霍林厄姆:尼克，你曾经是一名工程师，你一直在研究英国周围潮汐的潜力。你实际上是做什么的?

尼克·耶茨:这个研究是一个计算机模拟，它采用了一个计算机模型，在这个模型中，我们可以看到潮汐波，然后在模型中，我们能够模拟河堤，特别是在河口，因为正如朱迪思所说，你得到的能量与面积和潮差成正比，所以一个理想的拦河坝利用潮差的地方，它是一种物理结构，可以让你延迟潮汐运动，像传统的水力发电一样得到水位差，实际上在你身后——你看不到另一边——但默西河有地理位置的帮助，它只有一公里宽。所以对于一个相对较短的物理结构，你可以在其中放置涡轮机并获得相对较大的能量。给你们举个默西河的例子，大概是1太瓦时，这是一个很难理解的数字，但你可能在谈论50万到100万户家庭从一个结构中产生的电力。

理查德·霍林厄姆:那么在英国你能从潮汐中产生多少能量呢?

尼克·耶茨:我们认为至少20%到15%的损失来自主要河口的拦河坝潮汐差，另外5%来自潮流流，也就是水流的快速运动。

Richard Hollingham:什么样的结构?就像一个带涡轮机的传统水力发电厂?我们看到这些波浪发生器就像上下浮动的浮标。

尼克·耶茨:是的，潮差的结构——显然你需要一些不透水的东西，因为你会延迟水的进入。所以它很像拉朗斯，如果你喜欢的话，它就像一个港口，技术非常相似。所以你会有岩石，然后你可能会有混凝土沉箱，那里有涡轮机和闸门。

理查德·霍林厄姆:那么在像这里这样的河口上建这样的地方会对环境造成什么影响呢?

朱迪思·沃尔夫:一些环境问题与河口的潮间带栖息地有关。河口是非常多产的地区，对候鸟和鱼类非常重要，特别是对河口的一些泥涉禽和觅食鸟。许多人担心它们赖以生存的栖息地会消失。我们在早期的一项研究中所做的一件事实际上是估计我们如何才能最好地减少这种影响。如果你在退潮和洪水的产生上运行拦河坝，你实际上可以改变失去的栖息地的数量，并将失去的数量降到最低。

理查德·霍林厄姆:现在你看看整个英国，不同的地点。大概有些人比其他人更适合吧?

朱迪思·沃尔夫:是的，这是真的。我的意思是潮汐拦河坝我们要找最大的潮差默西河特别好因为它有一个非常窄的河口因此你可以在它上面建造最小长度的水坝以捕获适量的能量，所以这里的能源相对便宜。

理查德·霍林厄姆:所以大坝不需要直接穿过河口，只需要穿过一小部分。

朱迪思·沃尔夫:它必须完全关闭河口，但潮水仍然会流过大坝，通过水闸和涡轮机。

理查德·霍林厄姆:那航运呢?因为你不仅扰乱了鱼类和野生动物的流动，也扰乱了航运。

朱迪思·沃尔夫:没错。通常在设计中，你会建造一个船闸和鱼梯，这样就会有一些措施来减少这些影响。

理查德·霍林厄姆:尼克，这与风能和其他形式的替代能源发电相比如何?

尼克·耶茨:潮汐能的关键在于它是一种可再生能源，你可以根据它来设定时间，所以这种可预测性是非常重要的。有趣的是，我最近刚从Ofgem上读到一些关于风力变化的数据，在三天内从9兆瓦增加到3千兆瓦，但这并不是说这是非此即彼的。事实上，我认为我们将需要所有这些能源，尤其是用来取代化石燃料，但如果我们转向电动汽车，需求将会上升。另外，如果我可以的话，我想提一下潮差，你也可以从所谓的泻湖中得到它们这是一种不横跨河口的结构所以一些关于环境改变的担忧变得更少了但是经济上不那么有吸引力除非补贴改变因为你是沿着一个结构而不是一个短结构，基本上是半圈。

理查德·霍林厄姆:尼克，你认为这会发生吗?

尼克·耶茨:有一个有趣的问题。当然，我必须在另一份工作中宣布，有一个正在进行的项目正在研究一个泻湖，所以有一个被提议。它是否会发生在很大程度上取决于政治意愿，但就能源结构而言，我认为有这个选择很重要。我还认为，对规划资源的规模有一个良好的感觉是很重要的，之后就取决于规划过程和政治意愿了。

理查德·霍林厄姆:尼克·耶茨和朱迪思·沃尔夫，谢谢你们。我们会在我们的Facebook页面上放一些我们录制的照片，尽管在雾中你今天不会看到太多的默西河。我们也在推特上，并访问行星地球在线，以获取自然界的最新新闻，并赶上四年半以来行星地球的播客。要找到我们，只要搜索“行星地球在线”。

顾名思义，玳瑁有一个像鸟一样的喙，但正是玳瑁的高装饰性外壳被列入了极度濒危物种名单。尽管有一项国际禁令，玳瑁壳仍在黑市上交易，这些动物的数量继续下降。玳瑁生活在热带水域，但由于这些海龟一生中大部分时间都在海上度过，因此很难评估确切的数量，而且对它们的交配习惯也知之甚少。我们确实知道雌性会到塞舌尔的生态旅游胜地库辛岛产卵，最近发表的研究将有助于保护主义者为未来做计划。苏·纳尔逊去了领导这项研究的东安格利亚大学，会见了两位参与这项研究的人，并首先与分子生态学家大卫·理查森进行了交谈。

大卫·理查森:玳瑁是一种非常漂亮优雅的海龟。它大概有半米到一米长。它的背上有典型的玳瑁图案，这就是为什么玳瑁如此被猎杀。

苏·纳尔逊:塞舌尔的这个岛屿，那里的海龟数量有多少，或者这个地方对海龟有多重要?

大卫·理查森:这是西印度洋那部分海龟的重要栖息地。塞舌尔周围的人口似乎是该地区独有的，虽然塞舌尔有100多个小岛，但其中许多岛屿上有很多人，但它们没有受到保护。只有少数几个海滩有合适的海滩，合适的沙子，并且有保护措施，所以海龟可以不受阻碍地产卵，库辛岛就是其中之一，那里有相当健康的种群，每年有50到100只雌性海龟产卵，并以这种方式繁殖后代。

苏·纳尔逊:自从1996年以来，它就被列入了濒危物种名单，所以我很惊讶，因为人们对它的交配习惯知之甚少。为什么呢?

大卫·理查森:海龟的真正问题是，它们一生中大部分时间都分散在海洋中，主要生活在水下，所以很难观察到那里有多少只海龟，它们在做什么，也很难观察到它们在哪里、什么时候和谁交配。这和你在树上看到鸟不一样。在任何时候都很难观察到他们在做什么。

苏·纳尔逊:这就是你决定研究海龟遗传物质的原因吗?因为这是一种更容易发现发生了什么的方法?

大卫·理查森:没错。因为我们每隔几年才会看到雌性在海滩上产卵，我们从来没有见过雄性，所以通过观察雌性的DNA，然后观察后代的DNA，出来的雏鸟，我们可以从雏鸟中提取DNA，比较肯定来自母亲的DNA，也找出后代的DNA肯定来自父亲，通过这样做，我们可以重建一定来自父亲的DNA，我们可以重建一定来自父亲的DNA，我们可以重建多少不同的雄性养育了后代。

苏·尼尔森:现在这个研究是由你的一个博士生在实验室里完成的。

大卫·理查森:卡尔·菲利普斯一直在负责这个项目，他一直在做遗传学和实地工作。他一直在研究这些DNA，将后代与它们的母亲进行比对，然后重建父亲的DNA，确定哪只雄性与每只雌性交配。

苏·纳尔逊:如果是这样的话，我想我的下一站肯定是实验室，然后从卡尔本人那里了解一下结果。

大卫·理查森:的确，是的。

卡尔·菲利普斯:欢迎来到实验室。当我们经过果蝇繁殖实验室时，你将不得不原谅空调的声音和气味。可以说，这是它的商业终结。

苏·纳尔逊:你这里有一个大冰箱——打开它，还有许多五颜六色的塑料盒。有一个蓝色的。

卡尔·菲利普斯:每个塑料盒里都有100管乙醇，每管里都有一小块乌龟组织。如果我能找到我正在寻找的盒子，并向你展示我们在野外从这些动物身上收集的样本。

苏·尼尔森:这个样本来自海龟的哪个部位?

卡尔·菲利普斯:所以我们从成年雌龟的前鳍后缘收集样本，当成年雌龟产卵时，当成年雌龟产卵时，她会进入一种恍惚状态，她真的完全忘记了，所以收集组织的过程对动物来说会有点不舒服，但如果是在她处于那种恍惚状态的时候进行的，就像她被麻醉了一样，她真的没有任何反应。

苏·纳尔逊:她太忙于关注她正在做的事情了。

卡尔·菲利普斯:她的蛋和她的巢，所以我们必须等到她真正开始产卵，在那之前，当她挖巢室时，当她寻找巢穴时，她非常容易受到干扰，所以我们要藏得很好，或者躲得很远。

苏·尼尔森:所以样本本身非常小，不是吗?

卡尔·菲利普斯:是的。

苏·纳尔逊:你只需要把镊子插进去。

卡尔·菲利普斯:这是一个成年女性的样本。

苏·尼尔森:哦，我的天哪，它实际上只有几平方毫米，不是吗?

卡尔·菲利普斯:是的，然后我会拿起剃须刀片，从上面取一小片，这样就能得到足够的DNA来做那个女性的DNA分析。孵化中的企鹅甚至更小。这些真的很小，而且都被拿走了

苏·纳尔逊:再次插入镊子，这次换了一根管子——哦，对了，这几乎是一毫米见方。

卡尔·菲利普斯:是的，那真的很小。这是从刚孵化的幼崽的右后腿上方拍摄的，当时它正准备去海里。所以这个时候贝壳的肉还是软的我们用活组织检查工具，取一小块半圆形的肉有很好的公开证据表明这种取样不会对孵化的雏鸟造成任何长期的伤害。雌海龟产卵，我们监控孵化过程，我们把所有的小海龟放进一个桶里，我们从桶里随机挑选20只小海龟，从每只小海龟身上取一小块肉样本，然后把这些小海龟放回大海。他们被允许在海滩上跑完全程。

苏·纳尔逊:那么通过检查这些样本的DNA，你发现了什么?

卡尔·菲利普斯:我们发现，在我们的种群中，典型的雌玳瑁倾向于只与一只雄玳瑁交配。现在，在一个筑巢季节，一只雌玳瑁会产下四到五窝蛋，大约有160个左右。从70只到220到230只不等，其中5只相隔两周孵化。现在，如果我们观察一只雌性连续产下的卵，它已经产下了5个卵，我们观察1、2、3、4个卵，我们发现每只雌性都是同一只雄性，它们是所有后代的父亲。

苏·纳尔逊:所以她每次都有同一个伴侣。她是有效的一夫一妻制吗?

卡尔·菲利普斯:她是一夫一妻制,但我们不认为她会忠实地相同的绅士浪漫在温暖的热带水域等待她,我们认为没有迹象显示的人们看到的海龟在海里,这是,更有可能,她在赛季的开始交配一次,从一个交配储存的精子,然后使用它所有的顺序的卵受精,当你想到这一点时，这是一个令人印象深刻的壮举。它一窝产了5窝160个卵，也就是800个卵一次交配就能受精。这很特别。

苏·纳尔逊:天哪，所以中间有间隙。所以储存精子，然后再储存多少……是几周还是几个月后?

卡尔·菲利普斯:通常是两周左右。所以在五次产卵后，可能是五到六次产卵，我们说的是75天，她可能储存了精子。它一直都是可行的。对我们这些哺乳动物来说，这是非常了不起的，但在许多动物群体中，精子储存是一种极其普遍的策略。

苏·纳尔逊:以前有发现过这种海龟吗?

卡尔·菲利普斯:是也不是。一项小型研究观察了印度洋另一边10只雌鹰的巢穴，但在此之前，鹰喙上没有任何东西。另一件事我应该指出的是,极少数的女性,约为10%,与第二个雄性交配但很显著的是,就像一个女性单独交配,我们看到相同的一个父亲在所有五个她的魔爪,如果她将是相同的两个雄性交配两次在所有她的魔爪,更重要的是这两个男性会大致相同比例的父权一直在它们的巢穴。

苏·纳尔逊:所以她储存了两个男性精子?

卡尔·菲利普斯:是的。

苏·纳尔逊:几乎是相等的比例。

卡尔·菲利普斯:不一定是相等的比例。一只雄鸟通常占有更大的份额，但它的份额一直更大，但如果它在第一个巢中占有70%的父权，那么在最后一个巢中就会占有大约70%的父权。看起来不像是她在和一个雄性交配，把他的精子塞进她的精子储存生殖器官的后部然后把另一个雄性的精子放进去，然后按顺序使用它们，看起来它们是混合的，和我们在其他海龟物种中看到的相比，10%的多次交配的玳瑁是很低的。

苏·尼尔森:那么你发现的这些信息，对保护这些濒临灭绝的海龟有帮助吗?

卡尔·菲利普斯:是的，它可以。在我看来，最重要的方法之一是，它提供了一个繁殖海龟数量的基因普查。如果不做这种研究，你就不知道有多少雄性在你的种群中繁殖，你可能会看到50只雌性在你的海滩上筑巢，但如果它们都是由同一只雄性交配的呢?我们没有看到。事实上，我们样本中的每一只雌性都与不同的雄性交配过。每只雌性的后代都是同一个雄性但是每只雌性都和不同的雄性交配。对我们来说，这表明有大量的雄性在那里，从保护遗传学的角度来看，这是非常好的。这表明有一个很大的种群，如果有一个很大的繁殖种群，那么这个种群就不太容易受到负面过程的影响，比如近亲繁殖，这些过程可能会进一步损害保护的未来。

苏·纳尔逊:这一次，从保护的角度来看，这听起来是个好消息。

卡尔·菲利普斯:这是一个非常好的消息，而且在塞舌尔的一些受保护的岛屿上，玳瑁的繁殖数量正在上升，所以从目前的情况来看，未来看起来很有希望。

理查德·霍林厄姆:来自东安格利亚大学的卡尔·菲利普斯和大卫·理查森给濒临灭绝的玳瑁海龟带来了好消息，他们正在和苏·纳尔逊交谈。以上就是自然环境研究委员会的《地球脉动》播客。请访问Planet Earth Online获取来自自然界的专题、新闻和评论。我是理查德·霍林厄姆，来自利物浦雾蒙蒙的默西河岸边。谢谢你的聆听。