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白鲨是海洋中最著名也最神秘的食肉动物之一。不久前，一支科考队首次造访远离海岸的白鲨栖息地，他们都有什么新发现呢？
2018年4月20日，由多位海洋学家、生物学家和生态学家组成的科考队登上了美国施密特海洋研究所“佛克号”调查船（以下简称佛克号）。他们的目的地是太平洋中一片被称为“白鲨咖啡厅”的海域。
白鲨是海洋中最具标志性的食肉动物之一。尽管白鲨知名度很高，人们对它的生活习性却知之甚少。在过去十多年中，科学家通过电子标签对美国加利福尼亚州附近海域的白鲨进行了研究，发现它们每年长途迁徙，往返于近海觅食地和公海栖息地。每年秋冬，大量白鲨在加州中部海岸的国家海洋保护区觅食，享用以海豹和海狮为主的“大餐”。到了春天，成年白鲨会迁徙到位于夏威夷和下加利福尼亚半岛之间的一片开放海域。科学家把该海域称为“白鲨咖啡厅”（以下简称“咖啡厅”）。
对于这样的亚热带远洋开放海域环境和在那里聚集的白鲨的行为，科学家所知不多。科学家希望通过这次科考回答很多问题：“咖啡厅”对白鲨有什么特殊吸引力？白鲨在“咖啡厅”里吃什么？白鲨和“咖啡厅”的生态环境之间存在什么相互作用？
研究人员用诱饵将白鲨引至调查船附近，以便安装标签。
在此次科考中，研究人员从卫星标签的记录中发现，雌雄白鲨的潜水模式有很大差异。雄性白鲨在这片海域会进行“快速振荡潜水”（又称“跳跃式潜水”），平均每天下潜120次。雄性白鲨在夜间潜入100～200米深处，白天的潜水深度可达450米。而雌性白鲨白天长时间停留在200～400米深的水下，晚上在浅层海水中游弋。雌性白鲨下潜规律与微型游泳生物的昼夜迁移规律相符，这似乎表明它们是为了觅食而潜水。雄性白鲨频繁下潜的行为或许与寻找配偶或交配有关，科学家将对此做进一步研究。
“咖啡厅”位于太平洋中部开放海域，远离海岸，海床也很平缓。通常，这样的海域不利于养分流入和汇集，导致生物密度和多样性很低。科学家把这样的海域称为“海洋荒漠”。但大部分成年白鲨每年会在这片海域待至少6个月，一些雌性鲨鱼甚至会长期停留在“咖啡厅”里。这些顶级捕食者为什么会在看似缺乏食物来源的“荒漠”中长期停留？这片“荒漠”中隐藏着怎样的生命？
“咖啡厅”位于“北太平洋环流”东北边缘一个特殊位置。“咖啡厅”东边是加利福尼亚洋流，从美国西海岸带来寒冷、营养丰富的海水。“咖啡厅”西边是赤道上升流区，海水中富含浮游植物。佛克号团队运用各种先进技术和设备，从多个角度首次测定这片海域的海洋学和生态学数据。
2017年秋，布洛克团队在靠近加州海岸觅食的37条白鲨身上分别安装了两种电子标签一弹出式卫星档案标签和声波发射标签。根据程序设定，卫星档案标签在4月末至5月初（即佛克号抵达“咖啡厅”时）从白鲨身上自动弹出，随后浮出水面并向卫星发送信号。卫星档案标签还内置光照、温度和压力传感器，逐秒监测和记录白鲨所处深度和周围诲水温度。当研究人员通过卫皇定位系统找到弹出的标签后，就可以利用其中存储的数据对白鲨活动规律进行分析。 与自动弹出的卫星档案标签不同，声波发射标签会一直附着在白鲨身上，发出一系列声脉冲信号。每个标签发出的声脉冲都独一无二，就像一个由声音组成的“条形码”。佛克号船体和水下滑翔机都配有声波接收装置，能够实时监测附近200米范围内每一条被标记的白鲨的位置。
隐藏的叶绿素在开放海域，单细胞海洋植物是最主要的生产者。这些被称为“浮游植物”的生物构成了开放海域食物网（生态系统中多条相互关联的食物链组成的有机结构）的基础。浮游植物一般生活在表层海水中，利用充足的阳光进行光合作用。据卫星图像显示，“咖啡厅”表层海水中叶绿素含量极低，也就是说这里的浮游植物很少，不足以支撑复杂食物网。这也是“咖啡厅”被认为是海洋“荒漠”的重要原因。
但直到佛克号对“咖啡厅”进行实地考察，科学家才发现这里的生物比想象中丰富得多。首先，研究人员对不同深度海水进行取样，测定叶绿素含量。令他们惊讶的是，海水叶绿素峰值出现在海面下145米。这表明，“咖啡厅”里浮游植物并不少，只不过主要隐藏在略深的海水中，因此卫星无法探测到它们的存在。
丰富的浮游植物为多种小型海洋动物提供食物来源，这些小型动物又被更大的动物捕食，一条条食物链由此形成。随着进一步研究，“咖啡厅”中的食物网结构逐渐清晰。
水下影像 影像观察是研究海洋生物多样性最直观的方法。佛克号团队使用了诱饵远程摄像机来拍摄透光区（不超过200米深的海水层）生物，并用遥控潜水器“塞巴斯蒂安”探索中层带（200～i000米深的海水层）生物。“塞巴斯蒂安”配有高清摄像头和高亮度照明灯，这让研究人员能够直接观察到水下生物。
遥控潜水器每次潜水时间都很长。当它在广阔海域探索时，研究人员在大多数时候只能看见深浅不一的蓝色。尽管如此，“塞巴斯蒂安”的每一次下潜却都为科学家了解“咖啡厅”提供了新信息。在遥控潜水器拍摄的影像中，科学家看到了很多熟悉的生物，也发现了一些“新面孔”。“咖啡厅”的生物密度比他们预想的更大，而且不同物种呈现明显的分层分布。
一网打尽 5月11日清晨，拖网研究小组已经结束拖网捕捞，开始对夜间采集的不同样本进行分类。拖网捕捉到的生物多种多样，包括灯笼鱼、水母、虾和鱿鱼等。这一天，他们有一个意外惊喜——发现了一条雪茄达摩鲨。这是一种令人印象深刻的动物。它通常会攻击金枪鱼等大型鱼类和海洋哺乳动物，狠咬一口，再以身体回转的方式撕扯下一个“肉球”。所有鲨鱼都会在一生中不断更新牙齿，而这种鲨鱼的牙齿总是整排更换，以确保它们总能咬下“肉球”。
尽管雪茄达摩鲨引人注目，它却并不是研究小组的主要目标。研究人员使用拖网是为了捕捉分布在“深海散射层”的小型动物。深海散射层是位于海洋中200～1000米深度、生物密度很高的水层。由于生物大量集结在这一水层，声呐发出的超声波信号在此被散射和反射，因而有时该水层会被误认为是海床。佛克号船体和水下无人机都配有回声测深仪，用以探测深海散射层的位置。
深海散射层中的生物主要是一些小型鱼类、鱿鱼和水母等。它们在海洋食物网中扮演重要角色。布洛克把深海散射层称为“海洋花生酱”，因为几乎所有大型海洋动物都在這里享受到富含能量的“零食”。为了弄清鲨鱼在“咖啡厅”吃了什么，研究人员使用拖网对可能存在于白鲨“食谱”中的小型生物进行了采样。
这些生物白天躲在黑暗的深海，尽量远离捕食者的视线。而在夜晚，当阳光不再穿透海洋表面时，它们会向上游到海水表层觅食。因此，拖网捕捞都在夜间进行。在佛克号的龙门吊上安装好拖网后，研究小组在随后几小时里随时注意回声测深仪产生的图像，对散射层进行定位，引导拖网到达正确位置。研究小组使用了两种不同类型的拖网：一种用于浅海，目标是在黑暗中游到水面觅食的动物；另一种拖网则会下沉到水下500～600米深，捕捉那些夜间不会浮出水面的生物。然后研究人员可以比较这些样本，推断哪些动物每天上下迁移，哪些长期生活在表层海水或深海中。
清晨，拖网回到船上，科学家在随后6小时里把收集到的所有生物分类，得出采样海域的生物多样性指数。首先，他们通过排水体积对样本中生物总量进行初步测量：将水倒入一个带刻度的圆筒，然后放入拖网捕捉的生物，通过测量水位上升情况以估算生物总体积。然后，他们辨认采集的生物分别属于什么物种。这需要用到非常传统的研究方法：查阅物种分类手册，根据不同物种形态上的细微区别来确定其分类。
灯笼鱼是在样品中发现的最常见的生物。事实上，灯笼鱼是所有脊椎动物中分布最广、种类和数量最多的物种之一。作为很多大型食肉动物的猎物，它们在生态环境中起重要作用。世界上大约有250种不同种类的灯笼鱼，研究团队在“咖啡厅”用拖网收集到了其中大约20种，以及其他许多深海鱼类，如巨口鱼、钻光鱼等。研究人员对采集到的每一个长度超过2厘米的生物体都做了测量和分类，并记录在案，还收集了一些特殊物种的DNA，以便日后分析。
拖网收集的生物样本：灯笼鱼、胸斧鱼、巨口鱼。
这种外形像鱼雷的新型自动潜水器配有海洋遥感识别传感器，能监测不超过450米深的海水温度、盐度、氧饱和度、叶绿素浓度和有色可溶性有机物含量，每隔几秒就记录一次检测数据。它还配备了声波接收器，能探测附近携带声波发射标签的白鲨或其他海洋动物，记录它们的活动情况。科学家希望利用水下滑翔机的机动性和自主性，探究被标记动物是否与海洋次表层环境条件有关。
在佛克号起航前一个月，两架水面无人机已经“咖啡厅”海域进行过探测。这种形如帆板的无人机依靠风力推进，由太阳能电池板为搭栽的设备供能，能够胜任长时间、长距离的海洋探测任务，并将收集的数据实时上传。水面无人机携带回声定位装置，用以探测聚集大量生物的深海散射层，确定其深度，以便此后用遥控潜水器和拖网做进一步研究。水面无人机也配有用于接受声波发射标签信号的声波接收器。
为探究“咖啡厅”中鲨鱼和其他鱼类的分布，佛克号团队使用了一项创新的海洋监测技术：环境DNA监测。环境DNA是从各种环境样本（土壤、海水、空气等）中收集的DNA。在海水中，环境DNA可能有多种来源，如海洋动物受损组织、脱落细胞、分泌的黏液或排出的代谢废物。相比其他海洋生物监测技术，环境DNA监测的不同之处在于，它并不被用来寻找任何生物本身，而是使用生物可能留下的痕迹来推断生物的存在。
佛克号的采水器在不同深度采集了多份水样。这些看似清澈的海水中，悬浮着许多肉眼无法看到的微小细胞和颗粒。研究人员用超细滤膜过滤海水，将这些微粒收集起来，经过物理和化学处理，从中提取环境DNA。这一步得到的DNA包含这片海域中近期活动过的所有生物（植物、细菌、鱼类和无脊椎动物等）的遗传信息。
为了提取只来自鱼类的DNA，科学家利用所有脊椎动物共享的特定DNA序列设计了“引物”序列，使用聚合酶链式反应技术，大量扩增样本DNA中来自脊椎动物的DNA片段。随后，研究人员用纳米孔测序仪对扩增出的DNA片段进行测序。这一步操作是本次科考航行中最具有开创性的环节之一。在以往的海洋考察中，研究人员都是把样品带回岸上的实验室测序。而在此次科考中，在环境DNA提取后24小时内就能得到测序结果。经过第一批样本测序，科学家发现了白鲨和几个不同种鱼类的基因特征。他们每隔两三天就会进行一次测序，结合拖网捕捞结果和远程相机的影像记录，研究海水中存在的生物类型。
环境DNA检测也有不足。此前有研究表明，环境DNA可在表层海水中持续存在近3天。在较深水域，阳光照射较少，温度较低，环境DNA保留时间更长。但目前还没有关于深海中环境DNA降解速度的研究。现有检测技术还不能确定水中的环境DNA具体是什么时候留下的。此外，环境DNA也可能随洋流漂移，因此在海水中检测到的DNA可能来自其他海域。不过，即使有这些局限性，使用环境DNA来检测海洋脊椎动物仍然是一种很强大的评估海洋生物多样性的方法。
纳米孔测序仪体积虽小，但功能强大。
这种便携式DNA测序仪只有巴掌大小，它可以在测序的同时把数据实时传输到相连的计算机。纳米孔测序仪不仅能读取样本DNA的每一个碱基对，还能识别被称为“DNA条形码”的物种特征序列。通过将“条形码”与数据库中的海洋生物DNA信息进行比对，研究人员可以知道这些DNA来源的物种。
科学家通过此次科考想要回答的一个重要问题是：白鲨在“咖啡厅”吃什么？在加州海岸附近，白鲨尽情享用肥美的海狮和海豹，而“咖啡厅”里几乎没有大型猎物存在。那么，这种世界上最大的食肉鱼如何在这片海域中生存？
佛克号团队发现，白鲨在“咖啡厅”会经常下潜至一定深度，而微型游泳生物也恰巧聚集于这一深度的海域，这是否意味着这些动物正是“咖啡厅”的“主菜”？通过调查微型游泳生物，科学家希望揭示“咖啡厅”里的食物网结构。
善于隐藏的小动物 全世界的海洋中，有数十亿小型动物每天在它们的白天栖息地（200～1000米深）和夜间觅食区（表层海水）之间往返。这些鱼类、甲壳类动物、水母和鱿鱼被统称为“微型游泳生物”，它们尺寸虽小，游泳能力却很好。虽然这些动物的移动距离——几百米与白鲨或鲸鱼数千千米的游动距离相比微不足道，但在整体上考虑，微型游泳生物的日常垂直迁移却是一个惊人现象。
在每天迁移中，微型游泳生物在捕食和被捕食之间达到微妙的平衡。浮游植物构成了开放海域食物网的基础。它们生活在阳光充足的透光层中。而以浮游植物为食的浮游动物也聚集在这附近。这些动物是许多微型游泳生物最喜欢的猎物。然而，微型游泳生物并不是唯一喜欢在海洋表面捕食的动物。许多体型较大的捕食者（如金枪鱼、长嘴鱼和鲨鱼）捕猎时对视力的依赖较强，因此也偏好在阳光充足的浅层海水活动。于是，微型游泳生物白天撤回到昏暗的深层栖息地，以避免被这些捕食者吃掉。到了晚上，在黑暗掩护下，微型游泳生物迁移到浅层海水中觅食。
开阔海域里的栖息地是完全暴露的，微型游泳生物无法藏身于石块或植物丛中，只能利用水和光线来伪装自己。令人惊叹的是，不同的微型游泳生物有一套类似方案以隐藏自己和捕捉猎物。融入黑暗的最简单策略是拥有黑色或红色外表。虽然红色在陆地上引人注目，但由于阳光中的红光在浅层海水中被吸收，所以红色动物在深海中看上去是漆黑的。还有一些微型游泳生物是透明的，让光线透过身体以实现“隐身”。虽然微型游泳生物栖息的海域一片昏暗，但它们在游动时还是有可能投下阴影。为了躲避潜伏在下方的捕食者，许多微型游泳生物的腹部长有发光器官，依靠其发出的微光消除自己的影子。
微小而重要 在开放海域的食物网中，微型游泳生物扮演重要角色。它们是众多大型鱼类、哺乳动物和鸟类的猎物。科学家估计，全球海洋的微型游泳生物中，仅鱼类的总重量就超过100亿吨，大约是全世界人类总重量的45倍。微型游泳生物常常多个物种聚在一起，形成巨大而密集的群体，覆盖面积可达数百平方千米。尽管它们具有重要的生态意義，科学家对它们的了解却相对较少，因为很难对它们进行取样。
几乎每一种大型海洋食肉动物在其生命某个阶段都会以微型游泳生物为食，而这些捕食者中有的具有商业捕捞价值（如金枪鱼），有的是保护动物（如鲨鱼）。微型游泳生物每天的垂直迁移使捕食者共享一个共同食物来源，有些捕食者可潜入深海，其他捕食者则只能在微型游泳生物靠近海面时捕捉到它们。 微型游泳生物的日常迁移也有助于海洋吸收二氧化碳。通过在夜晚的海面以食物的形式摄入碳，然后在白天以废物的形式将其释放到更深水域，微型动物在物理上将碳“泵入”海洋深处。这一行动降低了海洋表面的碳浓度，从而使海洋能够从大气中吸收更多二氧化碳。
作为食物链顶端的捕食者，鲨鱼在食物链中充当维持下游物种稳定的重要角色，同时也是海洋健康的一个指标。它们有助于消除被捕食物种的病弱个体，保持物种多样性，在海洋生态系统中起到不可忽视的作用。为确保海洋生态系统健康，我们必须密切关注这些食物链顶端的捕食者。白鲨无疑是其中最神秘和最具代表性的物种之一。
在为期一个月的科考中，佛克号团队获得了大量与白鲨行为相关的数据，还从多个角度记录了“咖啡厅”的海洋学和生态学特征。这些宝贵数据将有助于科学家深入研究“咖啡厅”的独特生态环境，以了解这片海域吸引白鲨前来的原因。此次考察中多种工具和技术的使用，也为今后如何对开放海域进行全面调查提供了一个基准。
2016年，联合国教科文组织和世界自然保护联盟的一份报告指出，“咖啡厅”是一个潜在的世界遗产，这一地区对白鲨具有重要意义。保护开阔海域的大型生态系统不仅对保护白鲨等食物链顶端的捕食者至关重要，而且对促进全球整体环境健康也非常重要。这次考察期间收集的信息将有助于确定“咖啡厅”的生物海洋学意义，并实现保护这一重要生态系统免受过度开发的最终目标。
动物组织中的稳定同位素组成（碳和氮的稳定同位素的比重）可以作为一种内在标记来理解动物的饮食结构。当捕食者食用并消化猎物时，会将猎物体内有机物吸收到自己的组织中，从而使猎物的稳定同位素特征传递给捕食者。此外，如果捕食者在不同区域之间迁移，而这些区域中猎物的稳定同位素组成不同，那么迁徙动物的稳定同位素组成也会在迁徙过程中逐渐改变，这种变化能够反映动物在新栖息地的饮食结构。
布洛克团队此前进行了相关研究。他们分别从加利福尼亚沿岸的白鲨及其猎物身上采集组织样本，比较其组织中稳定同位素组成。结果显示，白鲨在远离海岸的开阔海域显然摄取了大量不同于沿岸猎物的食物，从而改变了白鲨体内的稳定同位素特征。研究结果也表明，它们的进食速度比在沿海栖息地要慢得多。但这项研究结果不足以说明白鲨到底在“咖啡厅”吃了什么。科学家还需要更多研究来回答这个问题。
白鲨，又称大白鲨，是鼠鲨科中最大的现存物种，也是世界上最大的食肉鱼。作为好莱坞电影《大白鲨》中的“头号反派”，白鲨凶残可怕的形象深入人心。但事实上，人们对白鲨的生活和行为了解甚少。
分布 白鲨种群经常集中在鱼类和海洋哺乳动物资源丰富的温带沿海水域，如美国东北部和西部沿海地区、智利、日本北部、澳大利亚南部、新西兰、非洲南部和地中海。几乎所有水温12～24℃的沿岸和近海水域都有白鲨活动。
身体结构 白鲨体型硕犬，有尖锐的圆锥形鼻子，硕大的胸鳍和背鳍，以及一条强壮的新月形尾巴。成年白鲨平均长度为16.2米，平均重量为3000千克，牙长10厘米。白鲨的名称来源于白色的腹部，而它们的背部和侧面是深蓝色、灰色或褐色的。白鲨是天生的猎手，拥有强壮的肌肉、良好的视力和敏锐的嗅觉。此外，它们巨大的下颚配有大而尖的锯齿状牙齿。这些锋利的牙齿不仅可以撕碎猎物皮肉，还能把骨骼也咬碎。大多数鱼是变温动物，但白鲨是一种半恒温动物。白鲨体内有复杂的循环系统，能将游泳时肌肉收缩产生的热量通过血液循环传递给身体其他部位，使身体核心区域保持相对恒定的温度。这种特性使白鲨能在对其他鲨鱼而言过于寒冷的水中活动。
食性 白鲨食性很广，它们的猎物包括鱼类（金枪鱼和小型鲨鱼等）、鲸类、鳍足类动物（海豹、海狮等）、海龟和海鸟等。幼年白鲨只吃鱼，成年白鲨最爱的食物是富含脂肪的海洋哺乳类动物，如海豹和小型鲸类。
繁殖 白鲨是卵胎生鱼类。卵在雌鲨的子宫中成熟。幼鲨孵出后继续待在子宫并继续生长直到出生。雌鲨每胎可能产出6～20尾幼鲨，刚出生的幼鲨约1.2～1.5米长。科学家认为，白鲨会在温带海洋中固定区域进行交配和产仔，但尚不清楚这一具体位置。
袭击人类 在所有鲨鱼袭击人类的记录中，白鲨袭击人类的事件占一半以上。但科学家认为，白鲨袭击人类并非为了捕猎，因为对白鲨来说人类并不适合食用。实际上，在绝大多数白鲨伤人事件中，白鲨往往咬过一口就失去兴趣。一些科学家认为，白鲨对人类的攻击源于它们的好奇心。白鲨是最具好奇心的海洋动物之一，它们经常会试探性撕咬海上的各种漂浮物。其他科学家认为，这些攻击可能是鲨鱼将人类误认为是海豹等猎物的结果，当它们发现错误后通常会停止攻擊。
天敌 作为海洋食物链中的顶级食肉动物，白鲨几乎没有天敌。虽然年幼的白鲨有时会被较大的鲨鱼（包括其他白鲨）吃掉，但总体来说它们在生长过程中潜在的天敌很少。几乎没有其他动物敢招惹成年白鲨。科学家曾观察到虎鲸袭击白鲨的案例，但这种情况很罕见。白鲨最大的“天敌”还是人类。
2018年4月20日，由多位海洋学家、生物学家和生态学家组成的科考队登上了美国施密特海洋研究所“佛克号”调查船（以下简称佛克号）。他们的目的地是太平洋中一片被称为“白鲨咖啡厅”的海域。
白鲨是海洋中最具标志性的食肉动物之一。尽管白鲨知名度很高，人们对它的生活习性却知之甚少。在过去十多年中，科学家通过电子标签对美国加利福尼亚州附近海域的白鲨进行了研究，发现它们每年长途迁徙，往返于近海觅食地和公海栖息地。每年秋冬，大量白鲨在加州中部海岸的国家海洋保护区觅食，享用以海豹和海狮为主的“大餐”。到了春天，成年白鲨会迁徙到位于夏威夷和下加利福尼亚半岛之间的一片开放海域。科学家把该海域称为“白鲨咖啡厅”（以下简称“咖啡厅”）。
对于这样的亚热带远洋开放海域环境和在那里聚集的白鲨的行为，科学家所知不多。科学家希望通过这次科考回答很多问题：“咖啡厅”对白鲨有什么特殊吸引力？白鲨在“咖啡厅”里吃什么？白鲨和“咖啡厅”的生态环境之间存在什么相互作用？
研究人员用诱饵将白鲨引至调查船附近，以便安装标签。
在此次科考中，研究人员从卫星标签的记录中发现，雌雄白鲨的潜水模式有很大差异。雄性白鲨在这片海域会进行“快速振荡潜水”（又称“跳跃式潜水”），平均每天下潜120次。雄性白鲨在夜间潜入100～200米深处，白天的潜水深度可达450米。而雌性白鲨白天长时间停留在200～400米深的水下，晚上在浅层海水中游弋。雌性白鲨下潜规律与微型游泳生物的昼夜迁移规律相符，这似乎表明它们是为了觅食而潜水。雄性白鲨频繁下潜的行为或许与寻找配偶或交配有关，科学家将对此做进一步研究。
探秘“海洋荒漠”
“咖啡厅”位于太平洋中部开放海域，远离海岸，海床也很平缓。通常，这样的海域不利于养分流入和汇集，导致生物密度和多样性很低。科学家把这样的海域称为“海洋荒漠”。但大部分成年白鲨每年会在这片海域待至少6个月，一些雌性鲨鱼甚至会长期停留在“咖啡厅”里。这些顶级捕食者为什么会在看似缺乏食物来源的“荒漠”中长期停留？这片“荒漠”中隐藏着怎样的生命？
“咖啡厅”位于“北太平洋环流”东北边缘一个特殊位置。“咖啡厅”东边是加利福尼亚洋流，从美国西海岸带来寒冷、营养丰富的海水。“咖啡厅”西边是赤道上升流区，海水中富含浮游植物。佛克号团队运用各种先进技术和设备，从多个角度首次测定这片海域的海洋学和生态学数据。
电子标签
2017年秋，布洛克团队在靠近加州海岸觅食的37条白鲨身上分别安装了两种电子标签一弹出式卫星档案标签和声波发射标签。根据程序设定，卫星档案标签在4月末至5月初（即佛克号抵达“咖啡厅”时）从白鲨身上自动弹出，随后浮出水面并向卫星发送信号。卫星档案标签还内置光照、温度和压力传感器，逐秒监测和记录白鲨所处深度和周围诲水温度。当研究人员通过卫皇定位系统找到弹出的标签后，就可以利用其中存储的数据对白鲨活动规律进行分析。 与自动弹出的卫星档案标签不同，声波发射标签会一直附着在白鲨身上，发出一系列声脉冲信号。每个标签发出的声脉冲都独一无二，就像一个由声音组成的“条形码”。佛克号船体和水下滑翔机都配有声波接收装置，能够实时监测附近200米范围内每一条被标记的白鲨的位置。
隐藏的叶绿素在开放海域，单细胞海洋植物是最主要的生产者。这些被称为“浮游植物”的生物构成了开放海域食物网（生态系统中多条相互关联的食物链组成的有机结构）的基础。浮游植物一般生活在表层海水中，利用充足的阳光进行光合作用。据卫星图像显示，“咖啡厅”表层海水中叶绿素含量极低，也就是说这里的浮游植物很少，不足以支撑复杂食物网。这也是“咖啡厅”被认为是海洋“荒漠”的重要原因。
但直到佛克号对“咖啡厅”进行实地考察，科学家才发现这里的生物比想象中丰富得多。首先，研究人员对不同深度海水进行取样，测定叶绿素含量。令他们惊讶的是，海水叶绿素峰值出现在海面下145米。这表明，“咖啡厅”里浮游植物并不少，只不过主要隐藏在略深的海水中，因此卫星无法探测到它们的存在。
丰富的浮游植物为多种小型海洋动物提供食物来源，这些小型动物又被更大的动物捕食，一条条食物链由此形成。随着进一步研究，“咖啡厅”中的食物网结构逐渐清晰。
水下影像 影像观察是研究海洋生物多样性最直观的方法。佛克号团队使用了诱饵远程摄像机来拍摄透光区（不超过200米深的海水层）生物，并用遥控潜水器“塞巴斯蒂安”探索中层带（200～i000米深的海水层）生物。“塞巴斯蒂安”配有高清摄像头和高亮度照明灯，这让研究人员能够直接观察到水下生物。
遥控潜水器每次潜水时间都很长。当它在广阔海域探索时，研究人员在大多数时候只能看见深浅不一的蓝色。尽管如此，“塞巴斯蒂安”的每一次下潜却都为科学家了解“咖啡厅”提供了新信息。在遥控潜水器拍摄的影像中，科学家看到了很多熟悉的生物，也发现了一些“新面孔”。“咖啡厅”的生物密度比他们预想的更大，而且不同物种呈现明显的分层分布。
一网打尽 5月11日清晨，拖网研究小组已经结束拖网捕捞，开始对夜间采集的不同样本进行分类。拖网捕捉到的生物多种多样，包括灯笼鱼、水母、虾和鱿鱼等。这一天，他们有一个意外惊喜——发现了一条雪茄达摩鲨。这是一种令人印象深刻的动物。它通常会攻击金枪鱼等大型鱼类和海洋哺乳动物，狠咬一口，再以身体回转的方式撕扯下一个“肉球”。所有鲨鱼都会在一生中不断更新牙齿，而这种鲨鱼的牙齿总是整排更换，以确保它们总能咬下“肉球”。
尽管雪茄达摩鲨引人注目，它却并不是研究小组的主要目标。研究人员使用拖网是为了捕捉分布在“深海散射层”的小型动物。深海散射层是位于海洋中200～1000米深度、生物密度很高的水层。由于生物大量集结在这一水层，声呐发出的超声波信号在此被散射和反射，因而有时该水层会被误认为是海床。佛克号船体和水下无人机都配有回声测深仪，用以探测深海散射层的位置。
深海散射层中的生物主要是一些小型鱼类、鱿鱼和水母等。它们在海洋食物网中扮演重要角色。布洛克把深海散射层称为“海洋花生酱”，因为几乎所有大型海洋动物都在這里享受到富含能量的“零食”。为了弄清鲨鱼在“咖啡厅”吃了什么，研究人员使用拖网对可能存在于白鲨“食谱”中的小型生物进行了采样。
这些生物白天躲在黑暗的深海，尽量远离捕食者的视线。而在夜晚，当阳光不再穿透海洋表面时，它们会向上游到海水表层觅食。因此，拖网捕捞都在夜间进行。在佛克号的龙门吊上安装好拖网后，研究小组在随后几小时里随时注意回声测深仪产生的图像，对散射层进行定位，引导拖网到达正确位置。研究小组使用了两种不同类型的拖网：一种用于浅海，目标是在黑暗中游到水面觅食的动物；另一种拖网则会下沉到水下500～600米深，捕捉那些夜间不会浮出水面的生物。然后研究人员可以比较这些样本，推断哪些动物每天上下迁移，哪些长期生活在表层海水或深海中。
清晨，拖网回到船上，科学家在随后6小时里把收集到的所有生物分类，得出采样海域的生物多样性指数。首先，他们通过排水体积对样本中生物总量进行初步测量：将水倒入一个带刻度的圆筒，然后放入拖网捕捉的生物，通过测量水位上升情况以估算生物总体积。然后，他们辨认采集的生物分别属于什么物种。这需要用到非常传统的研究方法：查阅物种分类手册，根据不同物种形态上的细微区别来确定其分类。
灯笼鱼是在样品中发现的最常见的生物。事实上，灯笼鱼是所有脊椎动物中分布最广、种类和数量最多的物种之一。作为很多大型食肉动物的猎物，它们在生态环境中起重要作用。世界上大约有250种不同种类的灯笼鱼，研究团队在“咖啡厅”用拖网收集到了其中大约20种，以及其他许多深海鱼类，如巨口鱼、钻光鱼等。研究人员对采集到的每一个长度超过2厘米的生物体都做了测量和分类，并记录在案，还收集了一些特殊物种的DNA，以便日后分析。
拖网收集的生物样本：灯笼鱼、胸斧鱼、巨口鱼。
水下滑翔机
这种外形像鱼雷的新型自动潜水器配有海洋遥感识别传感器，能监测不超过450米深的海水温度、盐度、氧饱和度、叶绿素浓度和有色可溶性有机物含量，每隔几秒就记录一次检测数据。它还配备了声波接收器，能探测附近携带声波发射标签的白鲨或其他海洋动物，记录它们的活动情况。科学家希望利用水下滑翔机的机动性和自主性，探究被标记动物是否与海洋次表层环境条件有关。
水面无人机
在佛克号起航前一个月，两架水面无人机已经“咖啡厅”海域进行过探测。这种形如帆板的无人机依靠风力推进，由太阳能电池板为搭栽的设备供能，能够胜任长时间、长距离的海洋探测任务，并将收集的数据实时上传。水面无人机携带回声定位装置，用以探测聚集大量生物的深海散射层，确定其深度，以便此后用遥控潜水器和拖网做进一步研究。水面无人机也配有用于接受声波发射标签信号的声波接收器。
追踪DNA
为探究“咖啡厅”中鲨鱼和其他鱼类的分布，佛克号团队使用了一项创新的海洋监测技术：环境DNA监测。环境DNA是从各种环境样本（土壤、海水、空气等）中收集的DNA。在海水中，环境DNA可能有多种来源，如海洋动物受损组织、脱落细胞、分泌的黏液或排出的代谢废物。相比其他海洋生物监测技术，环境DNA监测的不同之处在于，它并不被用来寻找任何生物本身，而是使用生物可能留下的痕迹来推断生物的存在。
佛克号的采水器在不同深度采集了多份水样。这些看似清澈的海水中，悬浮着许多肉眼无法看到的微小细胞和颗粒。研究人员用超细滤膜过滤海水，将这些微粒收集起来，经过物理和化学处理，从中提取环境DNA。这一步得到的DNA包含这片海域中近期活动过的所有生物（植物、细菌、鱼类和无脊椎动物等）的遗传信息。
为了提取只来自鱼类的DNA，科学家利用所有脊椎动物共享的特定DNA序列设计了“引物”序列，使用聚合酶链式反应技术，大量扩增样本DNA中来自脊椎动物的DNA片段。随后，研究人员用纳米孔测序仪对扩增出的DNA片段进行测序。这一步操作是本次科考航行中最具有开创性的环节之一。在以往的海洋考察中，研究人员都是把样品带回岸上的实验室测序。而在此次科考中，在环境DNA提取后24小时内就能得到测序结果。经过第一批样本测序，科学家发现了白鲨和几个不同种鱼类的基因特征。他们每隔两三天就会进行一次测序，结合拖网捕捞结果和远程相机的影像记录，研究海水中存在的生物类型。
环境DNA检测也有不足。此前有研究表明，环境DNA可在表层海水中持续存在近3天。在较深水域，阳光照射较少，温度较低，环境DNA保留时间更长。但目前还没有关于深海中环境DNA降解速度的研究。现有检测技术还不能确定水中的环境DNA具体是什么时候留下的。此外，环境DNA也可能随洋流漂移，因此在海水中检测到的DNA可能来自其他海域。不过，即使有这些局限性，使用环境DNA来检测海洋脊椎动物仍然是一种很强大的评估海洋生物多样性的方法。
纳米孔测序仪体积虽小，但功能强大。
纳米孔测序仪
这种便携式DNA测序仪只有巴掌大小，它可以在测序的同时把数据实时传输到相连的计算机。纳米孔测序仪不仅能读取样本DNA的每一个碱基对，还能识别被称为“DNA条形码”的物种特征序列。通过将“条形码”与数据库中的海洋生物DNA信息进行比对，研究人员可以知道这些DNA来源的物种。
白鲨“食谱”
科学家通过此次科考想要回答的一个重要问题是：白鲨在“咖啡厅”吃什么？在加州海岸附近，白鲨尽情享用肥美的海狮和海豹，而“咖啡厅”里几乎没有大型猎物存在。那么，这种世界上最大的食肉鱼如何在这片海域中生存？
佛克号团队发现，白鲨在“咖啡厅”会经常下潜至一定深度，而微型游泳生物也恰巧聚集于这一深度的海域，这是否意味着这些动物正是“咖啡厅”的“主菜”？通过调查微型游泳生物，科学家希望揭示“咖啡厅”里的食物网结构。
善于隐藏的小动物 全世界的海洋中，有数十亿小型动物每天在它们的白天栖息地（200～1000米深）和夜间觅食区（表层海水）之间往返。这些鱼类、甲壳类动物、水母和鱿鱼被统称为“微型游泳生物”，它们尺寸虽小，游泳能力却很好。虽然这些动物的移动距离——几百米与白鲨或鲸鱼数千千米的游动距离相比微不足道，但在整体上考虑，微型游泳生物的日常垂直迁移却是一个惊人现象。
在每天迁移中，微型游泳生物在捕食和被捕食之间达到微妙的平衡。浮游植物构成了开放海域食物网的基础。它们生活在阳光充足的透光层中。而以浮游植物为食的浮游动物也聚集在这附近。这些动物是许多微型游泳生物最喜欢的猎物。然而，微型游泳生物并不是唯一喜欢在海洋表面捕食的动物。许多体型较大的捕食者（如金枪鱼、长嘴鱼和鲨鱼）捕猎时对视力的依赖较强，因此也偏好在阳光充足的浅层海水活动。于是，微型游泳生物白天撤回到昏暗的深层栖息地，以避免被这些捕食者吃掉。到了晚上，在黑暗掩护下，微型游泳生物迁移到浅层海水中觅食。
开阔海域里的栖息地是完全暴露的，微型游泳生物无法藏身于石块或植物丛中，只能利用水和光线来伪装自己。令人惊叹的是，不同的微型游泳生物有一套类似方案以隐藏自己和捕捉猎物。融入黑暗的最简单策略是拥有黑色或红色外表。虽然红色在陆地上引人注目，但由于阳光中的红光在浅层海水中被吸收，所以红色动物在深海中看上去是漆黑的。还有一些微型游泳生物是透明的，让光线透过身体以实现“隐身”。虽然微型游泳生物栖息的海域一片昏暗，但它们在游动时还是有可能投下阴影。为了躲避潜伏在下方的捕食者，许多微型游泳生物的腹部长有发光器官，依靠其发出的微光消除自己的影子。
微小而重要 在开放海域的食物网中，微型游泳生物扮演重要角色。它们是众多大型鱼类、哺乳动物和鸟类的猎物。科学家估计，全球海洋的微型游泳生物中，仅鱼类的总重量就超过100亿吨，大约是全世界人类总重量的45倍。微型游泳生物常常多个物种聚在一起，形成巨大而密集的群体，覆盖面积可达数百平方千米。尽管它们具有重要的生态意義，科学家对它们的了解却相对较少，因为很难对它们进行取样。
几乎每一种大型海洋食肉动物在其生命某个阶段都会以微型游泳生物为食，而这些捕食者中有的具有商业捕捞价值（如金枪鱼），有的是保护动物（如鲨鱼）。微型游泳生物每天的垂直迁移使捕食者共享一个共同食物来源，有些捕食者可潜入深海，其他捕食者则只能在微型游泳生物靠近海面时捕捉到它们。 微型游泳生物的日常迁移也有助于海洋吸收二氧化碳。通过在夜晚的海面以食物的形式摄入碳，然后在白天以废物的形式将其释放到更深水域，微型动物在物理上将碳“泵入”海洋深处。这一行动降低了海洋表面的碳浓度，从而使海洋能够从大气中吸收更多二氧化碳。
作为食物链顶端的捕食者，鲨鱼在食物链中充当维持下游物种稳定的重要角色，同时也是海洋健康的一个指标。它们有助于消除被捕食物种的病弱个体，保持物种多样性，在海洋生态系统中起到不可忽视的作用。为确保海洋生态系统健康，我们必须密切关注这些食物链顶端的捕食者。白鲨无疑是其中最神秘和最具代表性的物种之一。
在为期一个月的科考中，佛克号团队获得了大量与白鲨行为相关的数据，还从多个角度记录了“咖啡厅”的海洋学和生态学特征。这些宝贵数据将有助于科学家深入研究“咖啡厅”的独特生态环境，以了解这片海域吸引白鲨前来的原因。此次考察中多种工具和技术的使用，也为今后如何对开放海域进行全面调查提供了一个基准。
2016年，联合国教科文组织和世界自然保护联盟的一份报告指出，“咖啡厅”是一个潜在的世界遗产，这一地区对白鲨具有重要意义。保护开阔海域的大型生态系统不仅对保护白鲨等食物链顶端的捕食者至关重要，而且对促进全球整体环境健康也非常重要。这次考察期间收集的信息将有助于确定“咖啡厅”的生物海洋学意义，并实现保护这一重要生态系统免受过度开发的最终目标。
同位素揭示白鲨“食谱”
动物组织中的稳定同位素组成（碳和氮的稳定同位素的比重）可以作为一种内在标记来理解动物的饮食结构。当捕食者食用并消化猎物时，会将猎物体内有机物吸收到自己的组织中，从而使猎物的稳定同位素特征传递给捕食者。此外，如果捕食者在不同区域之间迁移，而这些区域中猎物的稳定同位素组成不同，那么迁徙动物的稳定同位素组成也会在迁徙过程中逐渐改变，这种变化能够反映动物在新栖息地的饮食结构。
布洛克团队此前进行了相关研究。他们分别从加利福尼亚沿岸的白鲨及其猎物身上采集组织样本，比较其组织中稳定同位素组成。结果显示，白鲨在远离海岸的开阔海域显然摄取了大量不同于沿岸猎物的食物，从而改变了白鲨体内的稳定同位素特征。研究结果也表明，它们的进食速度比在沿海栖息地要慢得多。但这项研究结果不足以说明白鲨到底在“咖啡厅”吃了什么。科学家还需要更多研究来回答这个问题。
白鲨小档案
白鲨，又称大白鲨，是鼠鲨科中最大的现存物种，也是世界上最大的食肉鱼。作为好莱坞电影《大白鲨》中的“头号反派”，白鲨凶残可怕的形象深入人心。但事实上，人们对白鲨的生活和行为了解甚少。
分布 白鲨种群经常集中在鱼类和海洋哺乳动物资源丰富的温带沿海水域，如美国东北部和西部沿海地区、智利、日本北部、澳大利亚南部、新西兰、非洲南部和地中海。几乎所有水温12～24℃的沿岸和近海水域都有白鲨活动。
身体结构 白鲨体型硕犬，有尖锐的圆锥形鼻子，硕大的胸鳍和背鳍，以及一条强壮的新月形尾巴。成年白鲨平均长度为16.2米，平均重量为3000千克，牙长10厘米。白鲨的名称来源于白色的腹部，而它们的背部和侧面是深蓝色、灰色或褐色的。白鲨是天生的猎手，拥有强壮的肌肉、良好的视力和敏锐的嗅觉。此外，它们巨大的下颚配有大而尖的锯齿状牙齿。这些锋利的牙齿不仅可以撕碎猎物皮肉，还能把骨骼也咬碎。大多数鱼是变温动物，但白鲨是一种半恒温动物。白鲨体内有复杂的循环系统，能将游泳时肌肉收缩产生的热量通过血液循环传递给身体其他部位，使身体核心区域保持相对恒定的温度。这种特性使白鲨能在对其他鲨鱼而言过于寒冷的水中活动。
食性 白鲨食性很广，它们的猎物包括鱼类（金枪鱼和小型鲨鱼等）、鲸类、鳍足类动物（海豹、海狮等）、海龟和海鸟等。幼年白鲨只吃鱼，成年白鲨最爱的食物是富含脂肪的海洋哺乳类动物，如海豹和小型鲸类。
繁殖 白鲨是卵胎生鱼类。卵在雌鲨的子宫中成熟。幼鲨孵出后继续待在子宫并继续生长直到出生。雌鲨每胎可能产出6～20尾幼鲨，刚出生的幼鲨约1.2～1.5米长。科学家认为，白鲨会在温带海洋中固定区域进行交配和产仔，但尚不清楚这一具体位置。
袭击人类 在所有鲨鱼袭击人类的记录中，白鲨袭击人类的事件占一半以上。但科学家认为，白鲨袭击人类并非为了捕猎，因为对白鲨来说人类并不适合食用。实际上，在绝大多数白鲨伤人事件中，白鲨往往咬过一口就失去兴趣。一些科学家认为，白鲨对人类的攻击源于它们的好奇心。白鲨是最具好奇心的海洋动物之一，它们经常会试探性撕咬海上的各种漂浮物。其他科学家认为，这些攻击可能是鲨鱼将人类误认为是海豹等猎物的结果，当它们发现错误后通常会停止攻擊。
天敌 作为海洋食物链中的顶级食肉动物，白鲨几乎没有天敌。虽然年幼的白鲨有时会被较大的鲨鱼（包括其他白鲨）吃掉，但总体来说它们在生长过程中潜在的天敌很少。几乎没有其他动物敢招惹成年白鲨。科学家曾观察到虎鲸袭击白鲨的案例，但这种情况很罕见。白鲨最大的“天敌”还是人类。