5月下旬的傍晚，微小生命的奧妙氣息瀰漫在空氣中，我蹓著狗兒Sam，心中不斷想著物種的奇妙。
對我來說，空氣中的清香彷彿訴說著紫丁香、鈴蘭與野櫻桃的繽紛燦爛；而對Sam而言，牠或許不會注意到這些香氣，但牠對鹿、狐狸、水獺、郊狼、草原田鼠以及狗兒的氣味卻會非常敏感。
接著我們來到池塘邊，聲音成了主角。林蛙在春天裡撕心裂肺的鳴放，多麽震撼人心。牛蛙呱呱的聲響伴隨著神秘的嘶吼劃破了喧囂。稍後，我從手機裡當地自然學家錄製的聲音，確認了牠是梭魚青蛙。
而聲音今晚並非一枝獨秀。空氣中數不清的微粒隨著的微風，在我的頭燈下紛紛起舞。空氣中有些潮濕，卻非是霧氣，天空是乾淨的而且星光燦爛。噢不！空氣中其實充滿了某種生命！這些微小的點點是什麼？一些夠大的顆粒可能是蚊蚋、蒼蠅或飛蛾，但其他的呢？是更細小的昆蟲？孢子？花粉？蟲子的排泄物？還是樹木葉梢滲下的水珠？要辨認這些小顆粒是可能的，但這對我來說是個挑戰，而現在我也沒有足夠的時間做這些事
落入海洋的銀河
記得在我事業初期的某個夜晚，我在馬薩諸塞（Massachusetts）的木洞（Woods Hole）游泳，我的潛水燈在水中照亮了一些相似的微小顆粒。當我把潛水燈關閉，許許多多的微粒一明一滅地發光，這一幕就像一整片銀河系，無論我移動到哪，都充滿著閃亮的光點。於是，我決定要找出這些小顆粒的身份。我和學校同事Mahlon Kelly花了整個暑假分離個別細胞，並測試它們是否具生物發光性，然後試圖繪出並辨認出這些顆粒。
在那時，我清楚瞭解到，即便珊瑚礁、魚、鯨魚、海豚、鯊魚、海龜、北極熊以及企鵝等大型動物常常搶盡風頭，海洋中仍充滿了數不盡的生物、非生物的小點點，它們通常美麗而有趣，並且比我們囿於它們微小體型的想像更為重要。
「浮游生物」指的是任何在水中飄移或浮游的生物，僅具有侷限的水平移動能力（儘管許多物種時常進行每日或季節性垂直遷移）。體型較大的海洋浮游生物包括數以萬計種類的動物，分屬16門單細胞或多細胞動物，以及估計約有3,444～4,375種的單細胞浮游藻類。牠們的體型從直徑1公尺的水母到直徑2微米都有。
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| 橈足類及其他海洋浮游生物。圖片來源：美國國家海洋漁業局（NMFS ） | 顯微鏡下的海洋矽藻。圖片來源：美國海洋暨大氣總署（NOAA） |
細網目的網具可以捕捉到大型的動物和植物浮游生物，不過較脆弱的物種，例如水母和其他類水母（膠狀）的物種可能在捕捉的過程中會被撕裂。此外，所有被網捕捉到的生物會混雜在一起，因此物種之間的空間關係會被掩蓋。
探尋海洋小小兵
聲音和光線可用來分析浮游生物和微生物間的空間關係，並且是侵入性最小的方式。電子魚探器上的聲束（或聲納）就可以找到浮游生物的位置，例如磷蝦或橈足類，如果用更高的頻率，甚至可以找到更小的生物。
木洞海洋研究所的拖曳機BIOMAPPER II可以透過10束聲納、浮游生物影像紀錄器大面積地抽樣、計數和辨識浮游生物（包含浮游植物），並且可以測量海水溫度、鹽度、溶氧、葉綠素和光度。雷射全像攝影可以辨識出大型浮游生物，並在不干擾牠們的情況下以3D空間視覺化其位置，不過這個方法較昂貴、技術上也較困難，且無法顯示出海洋中最小的生命單位。
微生物物種（細菌和病毒）的數量才剛剛被知曉。海洋微生物國際普查出的結果發現一公升的海水中含有38,000種細菌，不過目前為止，還沒有不同海域微生物物種的研究。
雖然深海和海底沈積物中的病毒無法充分採樣，但目前正在進行的一項病毒清單調查估計，可能有高達10,000種不同的病毒存在海洋中。
要捕捉到這樣的小顆粒是非常困難的事，大多數細菌和幾乎所有的病毒都可以通過最細密的網目，只能用孔隙只有幾奈米大小的過濾器捕捉。過濾以後，其中一些可以使用電子顯微鏡觀察，不過就算如此，科技也無法捕捉到所有東西。
Sutter（2007）則提供了另一種方法，即是使用用流式細胞儀。先將水倒入儀器中，水流過電場時，使用雷射光照射。根據微粒的大小、形狀和位置，不同的顆粒會發出螢光並以不同的方式干擾電場，如此讓機器能夠累積計算出不同型態的粒子，其中有一些微粒也可以透過視覺分析來鑑定。
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| 一些海洋細菌，每個大約1微米長。圖片來源：NOAA |
不容或缺的微小存在
首先，在海洋中有非常多微小的生物，遠超過任何人想像的多，而它們顯然對生態系具有龐大的重要性。這些微生物中最大的為原生生物（纖毛蟲、變形蟲和其他單細胞生物），大小範圍從1微米至200毫米；其次為細菌，包含那些需要以二氧化碳碳進行光合作用的生物（如藍綠菌），通常大小約為1微米；體型最小的則是病毒，大約0.2微米（200奈米）。
全部加總起來，這些微生物包辦了海洋中90%的生物碳。而藍綠菌透過光合作用固定的碳比海洋浮游植物更多（藍綠菌一年為260~700億噸；海洋浮游植物一年493億噸）（Wihelm和Suttle,1999）。另外，除了為食物網奠基，大氣中約一半的氧氣也是由這些微生物所製造。
生死輪迴 病毒國度
在1公升的海水中，約有10億至100億個病毒，是細菌的10倍左右，它們的組成有94%是核酸，稱它們是海洋中數量最多的生物實至名歸！它們數量眾多，但因為它們太微小了，所以只佔了5%的海洋生物量，不過，這樣的重量已經相當於7500萬隻藍鯨的重量（Zimmer 2011）！同樣令人吃驚的是，如果把海洋中所有的病毒連成一條線，這條線可以延伸到和地球距離最近的60個銀河系，相當於600萬光年左右的距離！
細菌的數量雖然不若病毒多，重量卻比病毒多了20倍左右，約相當於15億隻藍鯨重，佔了海洋生物量的90%。你曾經想過海洋中的細菌總重居然比其他海洋生物的加總來得更重嗎？
這些海洋病毒通常只能透過感染和殺死浮游植物、動物、原生生物、細菌和其他高等生物來繁殖。它們通常會附著在宿主的細胞膜上，把它們的DNA（或RNA）注入到宿主細胞，把自己的DNA鑲嵌到宿主DNA中。之後它們會進行新陳代謝製造出新的病毒；或者它們會在激發活性之前潛藏在宿主的DNA中一段時間。病毒的感染除了製造出新病毒，它也會改變宿主的代謝系統，例如：加速光合作用和固碳作用的速率。當一個病毒殺死它的宿主時，數十個新病毒和細胞內容物會被釋出，提供當地微生物族群碳、氮、磷或鐵等微量元素。病毒加速細菌和浮游植物種族週期和營養循環的現象即為「病毒啟動現象」（Viral priming）。
這些到處都有的病毒可能是海洋中最忙碌的碳循環者，每年大約轉換了1500億噸的碳──超過任一時期海洋浮游生物所含有碳量的30倍（Suttle 2007）。而科學家是如何找到並計算這些肉眼幾乎看不到的小顆粒呢？
DNA助科學家一臂之力
一般常見的方法對於辨認海洋中最小且最未知的病毒完全無效。它們不像會開花的灌木和池塘中的青蛙，它們小到連製造出「可偵測」的氣味與聲音也無法。而一般典型的方法，像是以大小、形狀、行為、生物氣候、地理分佈來辨認，也受限於它們因為體積小所以無法直接在野外觀測或拍照，此外也缺乏博物館的標本來做比較。幸運的是，基因技術能夠辨識病毒。
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| DNA。圖片來源：Pixabay，CC0公共領域圖片 |
運用DNA辨識個體是十分常見的事。我們常在電視上看到犯罪節目都是這樣演出：節目開始，鏡頭帶到地板上已經死亡的被害人。警察對被害人拍照後，開始搜集犯罪者留下的線索──血液、頭髮和指紋，就像一世紀前的福爾摩斯所做的一樣。
近年來，採樣DNA也成為辨識物種的方式之一，主要的方法是透過比對兩個相關物種之間基因的差異性。另外透過驗證、量化基因的差異化，讓生命的演化過程除了奠基於傳統工具（胚胎學、形態學、生態學）外，得到了更為詳盡的資料。人類有98%的基因和黑猩猩是相近的，這點幾乎沒有人會反對，但你可能不知道的是，在海膽2萬3300個基因中，有超過7077的基因同樣能在人類身上找到，而且有超過70%的基因和人類是同源基因。
海洋遠征 塔拉科學考察隊
最近，DNA以及其他基因技術成為了一個新的方法來幫助科學家找尋那些因為體積太小而幾乎追蹤不到的生物。從2009年到2013年，塔拉科學考察隊的所有船員乘著36公尺長的縱帆船，遠征6萬2000海哩，帶回將近2萬8000個海洋中最小棲息者（小於2毫米）的樣本，包括浮游生物、原生生物、細菌和病毒。這場遠征有將近200位科學家、記者和藝術家參與，後續的結果刊登於著名期刊《科學》（science）2015年5月22日的專題。
考察隊的科學家辨識出了5467種不同型態的病毒，其中只有39種是之前就已知的，而其他幾乎都是科學上的新發現。這些新發現的病毒僅是辨識出它們在DNA上特定片段的不同，因此尚不知道它們的大小、形狀或其他物理性質。而它們大部分也沒有特定的名稱，只能利用從DNA核甘酸鹼基對的序列排序和他們被發現的位置與深度作出敘述。
研究小組做出結論，海洋中存在很多病毒，它們隨著當地的生態環境和潛在的宿主群演化，而洋流的流動會把他們帶向不同的區域，促成更一步的演化。
病毒的奧妙
什麼是病毒呢？是這些活著的DNA小片段嗎？病毒在生命的演化中扮演什麼角色？病毒是物種嗎？這些問題困擾著科學家和哲學家將近一個世紀。當我們對它們瞭解愈多，答案也就愈清楚了。如果你對這些微小、古老、無所不在且存在於生物化學和生命邊界的小顆粒感興趣，你可以閱讀Shannon and Greene （2013）, Villarreal （2008） and Arnold （2014）。如果你想了解更多關於微生物、病毒以及它們對生態系的重要性，還有許多文獻可供參考。
通常我們聽到細菌和病毒都是在醫院或新聞裡，當大規模的嚴重疾病（如大腸桿菌、沙門氏菌、萊姆病、伊波拉病毒，愛滋病或C型肝炎）爆發時。
類似的一些疾病，有的會嚴重影響陸上或海上的植物與動物，甚至有時會引起公眾注意，像是綠蠵龜的乳突瘤、珊瑚的黃帶和黑帶疾病，或是2013年冬季病毒造成美國東岸1,000多隻瓶鼻海豚死亡的疫情。
原生生物、細菌和病毒除了造成一些傷害外，較少被知道的是它們同時也具有讓生態系統繁盛的功能。它們並非刻意製造疾病，它們是在讓自己活命。然而，不論是透過機會主義或共演化，病毒和整個生態系統一同適應，往最終皆受益的方向，儘管可能其中會有底層生物死亡、腐爛和混亂。這有點像資本主義的「創造性破壞」，或許不是最佳的方式，且成本和效益分配不平均，但目前為止系統還能自主運行。
最後，珊瑚礁、魚、鯨魚、海豚、鯊魚、海龜、北極熊和企鵝；還有青蛙、花朵、鹿、狐狸、水獺、郊狼、田鼠和狗，都必須依賴著這些微小的參與者方能生存，而我們也是。
