创新型鱼类养殖场旨在为地球提供食物，拯救就业机会并改善行业的不良声誉

卡特·纽厄尔拥有并经营着缅因州最高产的贻贝养殖场之一。一个寒冷的春日早晨，我与他和他的两名船员一起乘船前往他称之为穆布尔斯号的驳船，这是一艘 60 英尺乘 24 英尺的船只，当天停泊在布拉克什的达马里斯科塔河的一个安静海湾中。穆布尔斯号以纽厄尔曾做过研究的威尔士海滨小镇命名，它系在一个钢框架筏上，筏子上悬挂着数百根 45 英尺长的绳索，每根绳索都密密麻麻地布满了数千个处于不同发育阶段的贻贝。

当一名船员从穆布尔斯号登上摇晃的筏子，以识别准备收获的贻贝绳索时，我冷得瑟瑟发抖。纽厄尔留在驳船上掌舵一台 16 英尺的起重机，将指定的绳索吊起，每根绳索都沉甸甸地挂着圣诞树形状的、大约 3,000 个贻贝的集合体。然后，一台超大的刷子将双壳贝从绳索上扫下来，扫进一个巨大的不锈钢桶中。另一台机器将它们漏斗到一个婴儿大象大小的重型聚乙烯袋中，然后从袋子中倒到传送带装置上进行擦洗、分类和装袋。纽厄尔花费数十年设计了这个笨拙的、类似威利·旺卡风格的装置，这是一个代价高昂的反复试验过程，它面临——并最终克服了——若干挑战，包括保护贻贝免受汹涌的海浪和贪婪的丑鸭的侵害。

当他监督早晨的收获时，拥有海洋生物学博士学位的纽厄尔谈论了一些科学知识——浮游植物的动力学、为什么冬季硝酸盐化学浓度会增加、如何仅用三张卫星图像绘制整个缅因州海岸的叶绿素水平图。不过，他主要谈论的是贻贝：它们的生命周期、地理分布、如何烹制它们（不要吝啬大蒜），以及——至关重要的是——如何在不破产的情况下最好地养殖它们。“鱼类养殖绝对不是快速赚钱的方法，”他告诉我。

关于支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续报道有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。

事实是，鱼类养殖很快可能成为缅因州苦苦挣扎的海产品工人赚钱的唯一途径。由于过度捕捞、寄生虫和海洋温度升高等威胁，缅因州几乎所有的商业渔业都处于自由落体状态。缅因州鳕鱼正在崩溃，当地的虾也是如此。过去二十年中，野生贻贝的捕捞量从 2500 万磅下降到仅仅 900 万磅。而龙虾，迄今为止该州最赚钱的渔获，正在向北逃往更凉爽的加拿大水域。这对该州曾经繁荣的海上经济来说都不是好兆头：缅因州商业渔民的平均年龄徘徊在50 岁以上，这表明许多年轻人已经对这项工作失去了信心。

随着一个又一个野生渔业的衰落，缅因州的未来——以及一些人所说的海产品的未来——可能在于水产养殖，即水生植物和动物的养殖。从历史上看，集约化鱼类养殖场与许多不良事物有关：生物多样性下降、栖息地丧失、抗生素的过度使用以及虐待动物，尤其是在亚洲和拉丁美洲。近年来，鱼类大量死亡和其他问题也困扰着北美地区。但纽厄尔代表了一种新型科学家，他们采用创新的方法来养殖鱼类，既经济又环境可持续。他笨拙的贻贝养殖装置产生的海产品是传统贻贝养殖场的三倍。而且由于自由漂浮的贻贝幼虫自然地附着在绳索上，并以漂浮到它们那里的任何浮游植物为食，纽厄尔的养殖场不需要人工产生的饲料或能源，这对环境和他的盈亏底线都是有利的。

缅因州一项更具争议的实验涉及在海洋中巨大的网箱中或最近在陆基设施中养殖鳍鱼，如鲑鱼和黄尾鱼，在陆基设施中，数千吨鱼类像重刑犯一样在巨大的水箱中绕圈踱步。这些循环水产养殖系统 (RAS) 中的鱼类食用稳定剂量的科学配方饲料，并在需要时服用抗感染药物。它们逆流而游的电流是人工产生的，照射它们长达 24 小时的 LED 灯也是如此，以加速它们的生长。这是一个超现实的场景，但支持者声称 RAS 完全有能力在满足国家日益增长的需求的同时，促进缅因州的经济发展。“美国存在巨大的海产品逆差，”缅因州水产养殖研究网络主任、微生物学家黛博拉·布沙尔说，她指出，该国严重依赖从其他国家进口的鱼类。“缅因州正在抓住机会填补这一缺口。”

缅因大学海洋科学学院院长、海洋学家大卫·汤森德说，该州在鱼类养殖方面有两个重要的优势：寒冷、营养丰富的水域和极其强劲的潮汐，可以将这些营养物质分布到整个水柱中。“我们的沿海水域生产力很高，”他说。

但大型肉食性鱼类的养殖让一些科学家感到不安。循环水箱每天需要消耗大量能源来移动和过滤数百万加仑的水，而且这些水中仍然含有可能污染附近河流和河口的废物。此外，还有鱼类及其福利的问题。“工业规模的鳍鱼养殖就像陆地上工业规模的牲畜养殖，”斯坦福大学粮食安全与环境中心主任、经济学家罗莎蒙德·L·内勒说。“有一些方法可以最大限度地降低风险，但这些方法成本高昂，而且并非每个人都在采取他们应该采取的措施。”

工业水产养殖是否会在不破坏缅因州脆弱的生态系统的情况下丰富其经济，这个问题一直困扰着科学家、政治家和居民。缅因湾是墨西哥和加拿大之间大西洋沿岸碱度最低的水体，其微妙的化学成分特别容易受到自然和人为因素的破坏。无论结果如何，缅因州的实验都将为全球海产品生产树立重要的先例。

科学家们一致认为，食物供应必须大幅增加才能养活世界不断增长的人口，而养殖鱼类、贝类和藻类将在这一扩张中发挥重要作用。水产养殖已经是世界上增长最快的食品生产部门，其产量占所有渔业产品的一半以上，而海产品是地球上贸易量最大的商品。但是，尽管美国人吃很多海鲜，但国内生产的相对较少：估计美国消费的海鲜中有 65% 到 85% 是进口的，其中大部分来自中国。美国出口的养殖鱼类也不多，因为它养殖的量太少了。根据来自 2019 年的最新数据，美国生产了49 万吨养殖鱼类，与中国生产的约 4900 万吨相比，几乎可以忽略不计。

缅因州的大西洋鲑鱼可能有助于美国参与竞争。鲑鱼通常被称为“鱼类之王”，它们光滑、闪亮且美丽。它们也是非常受欢迎的菜单项，在美国最受欢迎的海鲜中仅次于虾。这种冷水鱼曾经在缅因州非常丰富，但水坝、过度捕捞、寄生虫和污染都导致该州野生大西洋鲑鱼渔业于 1948 年关闭，今天捕捞或出售它们是违法的。如今，美国销售的大西洋鲑鱼超过 95% 是外国养殖的，大部分是在锚定在沿海水域水面之下的网箱中养殖的。

自 20 世纪 60 年代以来，挪威就开始使用开放式鱼类网箱，加拿大和智利仍在继续使用，但环境问题导致美国大多数沿海州禁止使用。华盛顿州的禁令将于 2025 年生效，这将使缅因州成为唯一仍然批准使用它们的州。尽管监管严格，但每年网箱作业都会因环境和劳工相关的渎职行为、海虱和其他寄生虫的侵扰以及传染病而受到指责。科学家们说，同样令人烦恼的挑战是逃离网箱并与野生鲑鱼交配以产生基因上不适合生存的后代的叛逃鱼类。最后一个威胁在缅因州尤其令人担忧，缅因州是美国最后剩余的野生大西洋鲑鱼种群的家园。

饲料是另一个主要问题。鲑鱼养殖户有时会不小心过度喂养他们的鱼群，而未吃完的饲料会促进藻类大量繁殖，藻类在分解时会使水缺氧。这会导致“死亡区”，即大片无法维持生命的海洋区域。另一个经常被提及的担忧是，直到最近，鱼饲料的很大一部分都由小型野生捕捞的“饲料鱼”组成，如凤尾鱼、鲱鱼和沙丁鱼，它们都富含大型鱼类生长所需的长链 omega-3 脂肪酸。从 1950 年到 2010 年，大约 27% 的野生捕捞鱼类被用于鱼粉。许多观察家认为这是一种可怕的浪费：他们认为，用可食用的鱼喂养可食用的鱼是不可持续的，并且最终在经济或生态上都没有意义。

食品科学家一直在寻找替代品，但这并非易事。肉食性鱼类难以消化碳水化合物，因此研究人员尝试了植物脂肪和蛋白质的各种组合，包括大豆中发现的那些。“这就像鱼类的“不可能汉堡”，”汤森德说。不幸的是，像人类一样，并非所有鲑鱼都能耐受大豆，大量的大豆会损害它们的肠道和免疫系统。

实验性鱼饲料旨在解决这个问题，并解决另一个担忧：鱼网箱中的废物会污染天然水道。新型“低污染”饲料含有少得多的氮和磷，并以易于消化和吸收的形式提供营养，以最大限度地减少鱼类排泄的这些元素的量。新兴饲料包括藻油、酵母蛋白和黑水虻幼虫，俗称蛆虫。科学家们还在设计蛋白质，其氨基酸组成与鱼饲料中的氨基酸组成相似，但由锯末和缅因州森林茂盛的其他森林残留物制成。藻类、蛆虫或重组锯末最终是否会在水产养殖食物链中取代鱼类尚不清楚，但科学家们一致认为，这些实验性饲料显示出巨大的前景。尽管如此，在公海网箱中养鱼仍存在一些人认为弊大于利的风险。

巨型 RAS 水箱旨在最大限度地减少网箱造成的若干环境威胁。这种方法可以追溯到 20 世纪 50 年代，但最近科学家和工程师们将这项技术增压成一种令人难以置信的高效蛋白质生成机器，能够在更少的时间和空间内比自然界中生长更多的鱼类。与海上网箱相比，陆基 RAS 旨在严格控制水质、温度、循环和其他环境变量。细菌将鱼类排泄的氨转化为通常无害的硝酸盐；气体交换系统添加氧气并去除溶解的二氧化碳；废水经过微滤并用紫外线照射以去除磷、残留细菌和病毒。一些最新的系统配备了机器视觉传感器和人工智能，通过实时监测鱼类生物量和行为来优化喂食。

几家跨国 RAS 公司目前正在争夺缅因州的股份。其中值得注意的是 Nordic Aquafarms，这是一家挪威公司，已提议在贝尔法斯特这个沿海小城建立一个大型水箱设施。Nordic 公司每年生产近 7300 万磅大西洋鲑鱼的 5 亿美元计划将使其成为世界第二大 RAS 鲑鱼养殖场。最大的养殖场是由 Atlantic Sapphire 运营的，这是一家挪威拥有的公司，总部位于不太可能的佛罗里达州 Homestead。该设施遭受了一系列危机，包括大规模“死亡事件”——气体水平升高，导致 500 吨鲑鱼死亡。 在 2021 年上半年，该公司报告亏损超过 5000 万美元，并面临刑事虐待动物的指控。

Nordic Aquafarms 创始人兼总裁埃里克·海姆坚称他的公司将避免这些问题，但研究人员持谨慎态度。乔恩·刘易斯曾担任科学家和潜水员 23 年，最近刚从缅因州海洋资源部水产养殖部门主任的职位上退休。“陆基系统具有真正的优势，因为它们不依赖大自然来处理水，”他说。但他补充说，即使过滤系统去除了大部分排放的废物，仍然有一些流入海湾。“考虑到这些系统的规模，那将是巨大的。”

在贝尔法斯特工厂，鲑鱼卵将在专门设计的孵化柜中孵化，而新生的幼鱼（称为鱼苗）将在最初几周靠吃卵黄囊为生，然后进入隔离水箱。然后，幼鱼将转移到一系列水箱中，这些水箱模拟鲑鱼的自然生命周期——在 18 到 20 个月的时间内，从淡水游到盐度越来越高的水域，直到它们达到上市规格。海姆说，该系统目前每分钟循环 5,500 加仑水：4,700 加仑盐水从缅因湾抽取，800 加仑淡水从地下水井和含水层抽取。* 过滤后的废物将被转化为动物饲料或肥料——理论上足以每生产一磅鱼类施肥约七磅半的蔬菜。

不幸的是，泵送和过滤所有这些水需要大量电力，冬季加热水和夏季冷却水也是如此——所有这些都可能加剧气候危机。“我们真的没有关于这些系统与其他方法相比能源使用情况的数据，但它显然非常高，”刘易斯说。缅因州环境保护部赞助的一项审查得出结论，该工厂每年将向大气中排放多达 759,000 公吨二氧化碳当量，大致相当于 47,000 名美国人每年的二氧化碳排放量。

此外，对于在拥挤的圈养环境中饲养鲑鱼等自由放养的生物也存在根本性的反对意见。纽约大学研究动物行为和福利的心理学家贝卡·弗兰克斯说，我们统称为“鱼类”的动物代表着种类繁多的物种，其中一些物种具有令人难以置信的复杂社会结构和导航能力。大西洋鲑鱼就是一个例子：它们仅靠地球磁场和敏锐的嗅觉引导，往返于 2,000 海里的产卵地。“养殖鲑鱼在道德上等同于养殖鹰，”弗兰克斯说。“我们需要考虑这些动物的压力和痛苦……关于它们如何度过它们的自然生活。”

然而，并非所有海洋动物都是相当于鹰的水生动物，有些动物很适合驯养。康涅狄格大学的海洋科学家桑德拉·舒姆威是国际公认的海洋生物养殖专家。“我确实认为，我们为人类消费种植更多微量营养素和蛋白质非常重要，”她说。“但让我们考虑一下双壳贝类。”

双壳贝类需要的空间很小，而且有些——如贻贝和牡蛎——几乎没有表现出移动的倾向。“它们更像土豆或鳄梨，而不是鲑鱼，”弗兰克斯说。更妙的是，与土豆和鳄梨不同，双壳贝类可以在没有人为提供的肥料、水或食物的情况下生长。养殖牡蛎通常从幼虫开始，幼虫很快成熟为微小的“种子”牡蛎，它们附着在坚硬的表面上，如贝壳或石灰石，然后转移到河口咸淡水水体中，以浮游植物等天然营养物质为食。这些“滤食性动物”通过鳃虹吸水来提取浮游植物，缅因州至少栖息着 300 种浮游植物。栖息着双壳贝类的水道通常非常清澈，阳光可以穿透到水面以下很深的地方，进一步促进浮游植物的生长。一些科学家和农民希望通过在双壳贝类附近有目的地种植海带和其他海藻来建立这种“良性循环”。在这种安排下，动物废物将为植物提供养分，而植物将去除二氧化碳并为动物产生氧气。

缅因州的海岸线犬牙交错，有深河口和海湾，河流与从下方泵送营养物质的寒冷海水混合，看起来像是双壳贝类的天堂。但寒冷的水是一把双刃剑。海洋储存了世界上高达 30% 的二氧化碳排放量，而冷水（气体在其中溶解度最高）吸收的二氧化碳远远超过其应有的份额，使其酸性更强。缅因州河流和河口酸度上升威胁着软体无脊椎动物（如双壳贝类）的贝壳，使它们无法自行生存。

比尔·穆克在这方面有痛苦的经历。穆克海产品养殖场和孵化场的创始所有者，该养殖场位于缅因州达马里斯科塔河上，是该州最大的两家牡蛎生产商之一，他同时养殖成熟牡蛎和种子牡蛎。几年前，他注意到他的牡蛎幼虫发育不正常，这个问题他追溯到流经他的孵化场的河水酸度增加。河水也软化了成熟牡蛎的贝壳，尤其是在暴雨期间，当时河水水位最高。穆克找到了一种缓冲海水的方法，以保护在室内孵化场生长的牡蛎，这是一项了不起的创新，如果酸度水平继续上升，这项创新很可能会被缅因州其他双壳贝类养殖户采用，尽管它非常劳动密集。

穆克的牡蛎养殖设施位于一对昆西特小屋内，看起来更像一个实验室而不是一个农场。2021 年春天，公司研发主管梅雷迪思·怀特带领我进入孵化场，这是一个潮湿、洞穴般的空间，弥漫着海洋的气息。怀特最初是在缅因州东布斯贝的比奇洛海洋科学实验室担任研究科学家时认识穆克的，她对双壳贝类的了解非常详尽。她说，穆克的牡蛎是为了某些特性而培育的——大小、形状、抗病性——在弗吉尼亚州和新泽西州的贝类实验室中培育，并作为种群运到穆克的公司。“有些是雄性，有些是雌性，但如果不打开它们就无法分辨，而打开它们会杀死它们，”她说。

工人们需要等待牡蛎宣布自己的性别：雌性和雄性都会在产卵前拍打它们的贝壳，在此期间，雌性会释放出多达 2000 万个卵子的云，而雄性会释放出一股精子。技术人员小心翼翼地将卵子和精子在小白碗中混合，开始体外受精过程。由此产生的胚胎被转移到装有 3,000 到 6,000 升水的水箱中，水箱逐渐加热以优化生长。“我们每天在显微镜下检查它们，”怀特说。“我们可以看到细胞分裂，在 24 小时内，它们就有了贝壳。”

大约两周后，牡蛎形成了一个有色素的眼点（有趣的是，成熟的牡蛎全身都有眼睛），这表明它们正在接近足面幼虫阶段，届时它们将长出相当于双壳贝类的脚。怀特拿出几盘磨碎的牡蛎壳，微小的牡蛎在其上“附着”这只脚，用一种天然胶水粘在坚硬的表面上，就像它们在野外一样。“我们每年销售 1.4 亿粒种子牡蛎，”她说。这些牡蛎销售给该州各地的牡蛎养殖户，最终将长成成熟的牡蛎，在当地市场上每打售价约为 15 美元，在餐馆每打售价为 25 美元。

在缅因州，牡蛎生长季仅持续五个月，从四月到十月。但穆克的成功部分源于他能够通过在较冷的月份（从一月开始）在室内养殖来延长这一时期。像猫、狗和鸡一样，室内牡蛎也需要喂食。穆克开发了藻类的专有生长和加工技术，细节是公司机密。他指出，这些微小生物是异养生物，这意味着它们可以从糖中提取能量，而且它们不需要光照，这有助于降低他的电力成本。这项节省资金的创新改变了游戏规则。

“比尔的系统非常巧妙且完全可扩展，”刘易斯说。他说，这是首次使用这项技术专门为双壳贝类创造食物，“它可能会彻底改变这个行业。”它也需要非常严格的制造过程。“我们给藻类喂葡萄糖，并在负压洁净室中培养它，以避免污染，”穆克在我看到一名技术人员像外科医生一样穿着纸帽和鞋套进行擦洗和装扮，然后进入原始空间时告诉我。“我们每七天收获一次细胞，在特殊的离心机中将它们旋转下来以保持其结构，挤出水分，然后将糊状物冷冻成一公斤的块状。”穆克打开一个冰柜，拉出一个装有冰冷的绿色粘液的 Ziploc 塑料袋。“我们花了 10 年时间才开发出这个，”他说，然后催促我们前往“生长室”，里面摆满了实验室烧杯，每个烧杯都装有不同品种的藻类，颜色有绿色、黄色和橙色。

穆克说，牡蛎比贻贝更挑剔，贻贝是他摆弄过的另一种生物。“养殖牡蛎与养殖贻贝就像养殖兰花与养殖郁金香，”他告诉我。“贻贝每磅赚的钱较少，但一旦你有了基础设施，它们的养殖成本就低得多，因为与牡蛎不同，贻贝的种子是野生的和自由的。”汤森德同意。“贻贝以非常高的密度生长，它们含有大量蛋白质，而且它们是 omega-3 脂肪酸和其他营养物质的良好来源，”他说。“如果我们能让全世界都吃更多贻贝，我们的状况会好得多。”

纽厄尔花了数十年时间试图将这个梦想变为现实。几十年前，当他刚开始创业时，缅因州还没有贻贝筏。相反，养殖的贻贝生长在穿过漂浮在露天水面上的浮标的单根长线上。在许多地方，这种方法廉价、高效且有效。但在缅因州并非如此。该州到处都是海鸭，包括重达六磅的丑鸭，它们每天吃掉相当于自身体重的贻贝。鸭子问题困扰了缅因州潜在的贻贝养殖户数十年，直到纽厄尔和其他少数爱好者了解到一种西班牙方法，即从锚定的筏子上将绳索放入海中，他们认为可以用网来防鸭。他们建造了 35 个筏子，并将它们锚定在该州各地的水道中。“我们在筏子周围安装了网——深 60 英尺，”纽厄尔说。

这解决了鸭子问题，但他们很快又面临另一个问题。这些筏子是为更平静的水域建造的，但在缅因州风暴肆虐的海岸上，时速高达 60 或 70 节的狂风会吹落贻贝并摧毁筏子。

在政府拨款的帮助下，纽厄尔设计并获得了可潜水筏的专利，该筏在海浪下 10 到 12 英尺处时最大限度地减少了扰动，即使在狂风中也是如此。系在纽厄尔佩马奎德贻贝养殖场驳船上的筏子就是这些非凡的装置之一，它使在缅因州养殖贻贝变得更加可行。纽厄尔说，使用漂浮在水面上的筏子，他每个季节每根绳索收获约 150 磅贻贝。“使用潜水艇，始终是 300 到 400 磅。每个筏子每年大约有 10 万磅贻贝。”这也是一个利润更高的命题，使养殖贻贝成为前渔民有吸引力的选择。

斯坦福大学经济学家内勒认为，这些贝类可以在健康饮食中发挥重要作用。“双壳贝类是蛋白质的极佳来源，”她说，并补充说我们不需要在盘子里放大量的蛋白质；美国人往往蛋白质摄入过量，而重要微量营养素摄入不足。双壳贝类含有大量的微量营养素，包括锌、铁和镁等矿物质，以及 omega-3 脂肪酸。快餐店尚未在其菜单中添加贻贝，但也许他们应该这样做：四盎司的贻贝所含的蛋白质几乎与麦当劳的四分之一磅汉堡一样多，但铁含量更高，卡路里和饱和脂肪却少得多，而且成本更低。尽管将贻贝视为快餐的想法可能听起来有些牵强，但鉴于这些双壳贝类在法国、比利时、土耳其、泰国、中国和其他国家的普及程度，它们在美国流行起来并非不可能，就像 20 世纪 60 年代的寿司一样？

几十年来，美国渔业一直在努力捕捞足够的野生鱼类来满足不断增长的需求——我们想要廉价的鱼，而且我们现在就要。缅因州商业野生渔业令人震惊的衰退表明，这种方法不再适合我们。养殖鳍鱼通常比野生鱼类便宜，许多餐馆老板认为养殖双壳贝类比许多野生品种更美味。所有鱼类的养殖品种通常都更广泛地供应，无论季节如何。

现在说水产养殖是否可以提振缅因州脆弱的航海业，或者在不破坏该州标志性海岸线的情况下为该州经济做出重大贡献，还为时过早；大型鳍鱼设施，如 RAS，会引发人们对能源使用和动物福利的额外担忧。但在许多科学家、经济学家和政策制定者看来，一件事正变得清晰：以可持续的方式与其他动物和植物协同养殖鱼类，很可能是未来几十年养活世界人口的最佳方法。

*编者注（2022 年 7 月 17 日）：此句在发布后经过编辑，以更正系统当前循环的总加仑水。