东京大学前沿科学研究生院水野胜典副教授、日本海洋地球科学技术振兴机构首席研究员野牧秀隆，陈 国家先进产业技术研究院首席科学家 Chong 和首席科学家 Koji Seike 领导的研究小组开发了一种工具，可以有效地研究生活在深海沉积物中的底栖生物的分布以非接触、无损方式，利用日本海洋地球科学技术振兴机构所属载人潜水研究船“新海6500”号，在静冈县初岛外海相模湾（深度851～1237m）深海成功进行了验证试验。
传统上采用采样方法来调查生活在海底下的埋藏生物，但存在采样效率低、无法现场观察、难以了解空间分布等问题，信息有限，特别是在深海。通过使用这种利用高频超声波的新型调查工具，可以以非接触、非破坏性的方式有效地调查埋藏生物在三维空间的分布，预计迄今为止难以理解的埋藏生物的分布和生态将得到澄清，相关研究将取得巨大进展。
未来，我们计划将这项技术应用于了解资源和能源开发以及气候变化对底栖生物的影响、了解物质循环以及调查渔业资源的分布。这项研究成果发表在英国科学杂志``科学报告” （2022 年 7 月 27 日）。
这项研究得到了科学研究补助金“基础 B”（项目编号：20H02362）、“加强国际合作研究 B”（项目编号：20KK0238）和“村田科学基金会研究补助金（项目编号：M21109）”的支持。
(1)研究背景和历史、以往研究中存在的问题
海洋开发和全球变暖导致的海洋环境变化作为极其重要的全球性问题而受到关注，包括海洋酸化、富营养化和海洋污染。[1]深海占据了地球95%以上的海洋空间，是多种底栖生物的家园，它们负责碳、氮等物质的循环。生态系统服务（注 1）的极其重要的元素。为了评估对深海生态系统的短期和长期环境影响，有必要量化底栖生物的分布和多样性。然而，由于它们大多数是埋藏在海底的生物，因此很难利用潜水器或深海相机掌握它们的数量并观察它们的行为，调查不可避免地需要大量的时间和成本。此外，以目前调查中使用的采样方法，很难了解沉积物中埋藏生物的空间分布，也很难了解时间变化。换句话说，当前的主要挑战是没有有效的技术来有效调查深海海底埋藏的生物并监测其生物群和环境动态。
(2)研究内容
为了解决上述问题，本课题组开发了一种新概念的海底调查工具（A-core-2000：声学取芯系统，图1）。该系统由高频聚焦超声波传感器（Japan Probe Co, Ltd）和配备专用防水电机的2轴框架（Arc Devices）组成。通过将频率为500 kHz的声音连续照射到海底250 mm x 250 mm的区域，并以2 mm的间隔进行扫描（图2），可以以高分辨率对海底下进行三维可视化。
此次，A-core-2000被安装在日本海洋地球科学技术机构所属的载人潜水研究船“新海6500”号上（图3），围绕相模湾西部深海（深度851-1237m）展开的白螺群落（图4）进行了验证试验。与成年白蜗牛不同，幼年白蜗牛的壳完全淹没在海底，因此迄今为止很难用光学相机看到它们（图5）。在这次演示测试中，我们成功地可视化并量化了大约 17 个白蜗牛个体（包括幼体）的空间分布和大小（图 6）。
世界上首次表明，通过使用新开发的A-core-2000，可以定量研究深海埋藏生物的空间分布，这是使用传统光学相机观察海底表面和采样方法难以理解的。
(3) 社会意义/未来计划
通过使用该系统，可以可视化分布在海底下的双壳类等埋藏底栖生物，并且可以量化迄今为止难以理解的海底埋藏生物的分布。此外，由于该方法允许连续非破坏性和非接触式观察，因此还可以了解随时间的分布。
海底生物埋藏深度及其运动对深海底沉积物结构和地球化学物质循环具有重要影响。例如，生活在内湾的大型穴居生物不仅通过其昼夜运动和建造洞穴对沉积物的稳定性和结构起着重要作用，而且还通过沉积物的生物扰动促进表层沉积物中新鲜有机物的循环，成为决定全球碳、氮、磷等循环的重要因素。海底生态系统在全球物质循环中发挥着作用。未来，我们计划将这项技术应用于了解资源能源开发和气候变化对底栖生物的影响、了解地球化学物质循环、调查海洋资源分布等。
*本新闻稿中的图 1、4、5 和 6 是对原始论文“使用新型 3D 声学取芯系统 (A-core-2000) 进行原位成像的具有钙化外骨骼的深海动物群”的引用和修改。
支持这项研究
这项研究得到了科学研究补助金“基础 B（项目编号：20H02362）”、“加强国际合作研究 B（项目编号：20KK0238）”和“村田科学基金会研究补助金（项目编号：M21109）”的支持。这项研究也是在深海潜水研究船支援母船“横须贺”号船长和船员、载人潜水研究船“新海6500”操作团队以及日本海洋企业观测工程师的合作下进行的。
[1] Joos, F、Plattner, G K、Stocker, T F、Marchal, O 和 Schmittner, A (1999)。全球变暖和海洋碳循环对未来大气二氧化碳的反馈。科学, 284(5413), 464-467.
图2观察图像
通过水平移动和扫描，同时用超声波照射海底，可以在三维空间中可视化海底下方的空间。
图 3 安装在 Shinkai 6500 中的 A-core-2000
安装在右下箭头所示的位置。
图4 A-core-2000安装在白蜗牛群周围
它使用机械臂安装在测量点。
图5 海底表层的白色蜗牛
幼鱼的壳通常完全埋在海底之下，从表面只能偶尔看到取水管。
图6 3维声学图像（上）及其横截面图（下）
您可以清楚地看到白蜗牛壳的分布，这是光学相机无法看到的。
带圆圈的数字表示单个白色蜗牛。
杂志名称：“科学报告” （网络版：7月27日）
论文标题：使用新型 3D 声学取芯系统对具有钙化外骨骼的深海动物群进行原位成像 (A-core-2000)
作者：Katsunori Mizuno*、Hidetaka Nomaki、Chong Chen、Koji Seike
DOI 号：101038/s41598-022-16356-3
Katsuki Mizuno（东京大学前沿科学研究生院环境系统系副教授）
Hidetaka Nomaki（日本海洋地球科学技术机构超级高级研究与开发计划高级研究员）
陈冲（日本海洋地球科学技术振兴机构超级高级研究开发项目首席研究员）
Koji Seike（米乐m6官方网站日本地质调查所首席研究员）