漁業(yè)科技前沿

水產(chǎn)養(yǎng)殖有潛在的環(huán)境效益

新的研究表明,水產(chǎn)養(yǎng)殖或水生動植物的養(yǎng)殖導(dǎo)致全球淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和棲息地喪失,但如果正確地利用,它也可以成為解決問題的方案。

墨爾本大學(xué)的研究人員在《保護生物學(xué)》(Conservation Biology)雜志上發(fā)表了文章,確定了水產(chǎn)養(yǎng)殖的12種潛在生態(tài)效益,包括物種恢復(fù)、棲息地修復(fù)和保護以及清除過多的物種。研究的主要作者,墨爾本大學(xué)的KATHY OVERTON表示,水產(chǎn)養(yǎng)殖的潛在環(huán)境效益多年來一直不為人知。世界上大多數(shù)人生活在淡水或海洋生態(tài)系統(tǒng)附近,依靠他們作為食物、娛樂、文化和生計的來源。然而,人類對淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響正在使重要的棲息地退化,并導(dǎo)致生物多樣性迅速下降。雖然眾所周知某些類型的水產(chǎn)養(yǎng)殖所導(dǎo)致的負(fù)面影響,但也可以將其作為一種工具來減緩或阻止這些負(fù)面影響,并幫助恢復(fù)在20世紀(jì)退化的生態(tài)系統(tǒng)。

OVERTON解釋說,每年有數(shù)百萬噸養(yǎng)殖的魚、蝦、貝和海藻被當(dāng)作食物。當(dāng)以特定的方式或地點養(yǎng)殖時,其中一些工業(yè)化養(yǎng)殖生產(chǎn)是對環(huán)境有益的。在近岸養(yǎng)殖的海藻和貝類可以去除城市或農(nóng)業(yè)廢水中多余的營養(yǎng)物質(zhì),降低有毒藻類大量繁殖的可能性。這些有毒藻類大量繁殖會殺死魚類和其他本地生物。此外,研究人員發(fā)現(xiàn),自然資源保護主義者正在開發(fā)新的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)來恢復(fù)及保護物種和棲息地。世界上最大的保護組織——大自然保護協(xié)會(The Nature Conservancy,TNC)率先使用水產(chǎn)養(yǎng)殖來恢復(fù)退化的海洋生態(tài)系統(tǒng)。澳大利亞大自然保護協(xié)會的SIMON BRANIGAN博士表示,水產(chǎn)養(yǎng)殖是重建失去的貝類珊瑚礁過程的關(guān)鍵部分,通過投放健康的牡蠣和貽貝幼體來啟動珊瑚礁恢復(fù)。貝類豐富的珊瑚礁創(chuàng)造了巨大的生態(tài)效益,他們是許多海洋物種的重要棲息地,而且改善了水質(zhì)。如果沒有水產(chǎn)養(yǎng)殖,人類將很難恢復(fù)這些失去的海洋棲息地,并完成這項重要的保護工作。

水產(chǎn)養(yǎng)殖還被用于幫助恢復(fù)世界各地脆弱或瀕危的魚類種群,方法是將人工養(yǎng)殖的魚類“重新放回”到他們的棲息地。OVERTON表示,類似北美白鱘(white sturgeon)、印度黃鰭結(jié)魚(golden mahseer)和澳大利亞澳洲麥?zhǔn)削|(Macquarie perch)等魚類的物種恢復(fù)計劃,正試圖恢復(fù)野生種群以防止滅絕。研究的參與者,墨爾本大學(xué)的LUKE BARRETT博士說,水產(chǎn)養(yǎng)殖也可以用來取代野生瀕危動物的捕撈。大多數(shù)淡水水族物種現(xiàn)在是人工養(yǎng)殖的,這意味著可以在不導(dǎo)致脆弱的野生物種過度捕撈的情況下,在家庭水族箱里就可以飼養(yǎng)魚類。然而,海洋水族館中的許多物種,如小丑魚和珊瑚,仍然是從珊瑚礁中采集的。世界各地的研究人員也在開發(fā)這些物種的養(yǎng)殖方法,減輕野生種群的壓力。

研究小組強調(diào)了使用可衡量成功指標(biāo)的重要性。墨爾本大學(xué)教授TIM DEMPSTER表示,高標(biāo)準(zhǔn)的“生態(tài)有益”證據(jù)可以減少“洗綠”的可能性,即水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)可能聲稱提供了生態(tài)效益,但實際上并不存在。希望確保水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)從業(yè)者在聲稱他們的漁場創(chuàng)造了生態(tài)效益之前先監(jiān)測他們的生態(tài)影響。因為某類水產(chǎn)養(yǎng)殖雖然做了一些有益的事情,但并不意味著它會給環(huán)境整體帶來有利影響。在決定某件事是否對生態(tài)有益時,衡量整體影響是很重要的。研究人員表示,隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖在淡水和海洋中的擴張,人們有機會避免在陸地養(yǎng)殖時所犯的導(dǎo)致棲息地和生物多樣性喪失的錯誤。DEMPSTER教授希望重新定義水產(chǎn)養(yǎng)殖是什么以及它能做什么,并向人們展示如何將其作為一種工具,為子孫后代保護水生生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性。

楊林林譯自Australia: New research reveals 12 ways aquaculture can benefit the environment,FIS,2023-03-01

衛(wèi)星在監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重要作用

衛(wèi)星可以從空間角度監(jiān)測環(huán)境,提供水生生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的全面信息。衛(wèi)星可以用來探測水溫、鹽度和氧氣水平的變化。這些數(shù)據(jù)可用于查明水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)被過度開發(fā)的地區(qū),從而更有效地管理資源。衛(wèi)星還可以用來探測水質(zhì)的變化,如污染物或藻華的存在。這些數(shù)據(jù)可用于確定水質(zhì)正在惡化的地區(qū),以便人們及時采取干預(yù)措施保護水生生態(tài)系統(tǒng)。衛(wèi)星還可以用來探測土地利用的變化,如森林砍伐或沿海開發(fā)。這些數(shù)據(jù)可幫助人們確定水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)受到人類活動威脅的地區(qū)。最后,衛(wèi)星可以用來探測魚類豐度的變化。這些數(shù)據(jù)可用于確定魚類種群減少的地區(qū),從而更有效地管理資源。總的來說,衛(wèi)星在監(jiān)測水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。通過衛(wèi)星全面分析水生生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況,有助于負(fù)責(zé)任和可持續(xù)地管理資源。

事實證明,衛(wèi)星是跟蹤魚類洄游和種群管理的有效工具。在衛(wèi)星的幫助下,科學(xué)家和漁業(yè)管理人員可以實時觀察魚類種群的活動,為了解魚類種群及其棲息地的健康狀況提供寶貴的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的跟蹤方法相比,基于衛(wèi)星的魚類種群跟蹤方法有幾個優(yōu)點。首先,它可以監(jiān)測大面積的海洋和沿海水域。這對于追蹤遷徙物種特別有用,因為他們一生中可能會覆蓋很長的活動距離。基于衛(wèi)星的跟蹤還提供了有關(guān)魚類種群大小和組成的詳細(xì)信息。這些數(shù)據(jù)可為制定漁業(yè)管理規(guī)定提供信息,例如,設(shè)定捕撈限額和建立禁漁區(qū)域。利用衛(wèi)星還可以監(jiān)測可能影響魚類資源的環(huán)境條件。例如,衛(wèi)星數(shù)據(jù)可用于跟蹤海洋溫度、鹽度和洋流的變化,這些變化可能對魚類種群的健康產(chǎn)生重大影響。最后,基于衛(wèi)星的跟蹤可以幫助識別非法捕撈活動。通過監(jiān)測漁船的活動,管理部門可以發(fā)現(xiàn)可疑活動并采取行動保護魚類資源。總的來說,利用衛(wèi)星跟蹤魚類洄游和種群管理已被證明是漁業(yè)管理人員的一項有效工具。通過提供有關(guān)魚類種群的大小和組成以及環(huán)境條件的詳細(xì)信息,基于衛(wèi)星的跟蹤有助于魚類種群的可持續(xù)性。

衛(wèi)星在支撐可持續(xù)漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖方面發(fā)揮著越來越重要的作用。通過衛(wèi)星提供有關(guān)海洋溫度、洋流和其他環(huán)境條件的詳細(xì)信息,有助于漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖從業(yè)者更好地了解和管理其資源。例如,衛(wèi)星數(shù)據(jù)可用于跟蹤魚類洄游模式,使?jié)O業(yè)可針對特定區(qū)域并優(yōu)化其捕撈量。有助于減少副漁獲量,確保不會過度捕撈任何特定物種。衛(wèi)星還可用于監(jiān)測海洋溫度,這可能對魚類的生長和存活產(chǎn)生重大影響。通過跟蹤海洋溫度,漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖從業(yè)者可以更好地了解魚類所處的環(huán)境條件,并相應(yīng)地調(diào)整其作業(yè)方式。此外,衛(wèi)星可用于監(jiān)測珊瑚礁的健康狀況,珊瑚礁是許多魚類的重要棲息地。通過衛(wèi)星跟蹤珊瑚礁健康狀況的變化,漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖從業(yè)者可以更好地了解其作業(yè)對環(huán)境的影響,并做出相應(yīng)改變,從而確保不會對環(huán)境造成任何損害。最后,衛(wèi)星可支撐發(fā)展中國家水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展。包括監(jiān)測養(yǎng)殖場的狀況,確定適合水產(chǎn)養(yǎng)殖的地區(qū),并提供有關(guān)水和飼料等資源的信息。總的來說,衛(wèi)星在支持發(fā)展中國家的可持續(xù)漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖方面具有巨大的潛力。只要對技術(shù)培訓(xùn)進行適當(dāng)?shù)耐顿Y,就可以實現(xiàn)并利用這一潛力,這有助于水生生態(tài)系統(tǒng)的長期健康和依賴這些生態(tài)系統(tǒng)的社區(qū)生計。

楊林林譯自Poland: The role of satellites in monitoring aquaculture and fisheries for sustainable practices,FIS,2023-05-29

新模型能夠預(yù)測全球所有魚類的性狀

科學(xué)家們現(xiàn)在可以預(yù)測世界上所有已知魚類的生長、生存和繁殖策略。特定物種為適應(yīng)其生態(tài)位和環(huán)境而發(fā)展的特征組合構(gòu)成了其生活史策略。由JIM THORSON領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊在NOAA阿拉斯加漁業(yè)科學(xué)中心開發(fā)了一個新模型。該模型使用33個特征,包括大小、生長、繁殖、親代照顧、壽命等,將34 000多種魚類劃分為3種主要策略類型。基于研究較透徹的物種性狀之間的關(guān)系來預(yù)測數(shù)據(jù)缺乏的物種的生活史策略。研究結(jié)果將為基于生態(tài)系統(tǒng)的漁業(yè)管理提供信息,幫助預(yù)測氣候變化的后果,并促進人類對進化關(guān)系的理解。THORSON表示,由于科學(xué)資源有限,之前只能評估世界各地捕獲魚類的一小部分。現(xiàn)在有了這個模型,可以預(yù)測所有其他魚類的性狀和策略。這些信息對于設(shè)定可持續(xù)的捕撈限額和預(yù)測應(yīng)對環(huán)境變化的反應(yīng)至關(guān)重要。

一個物種的性狀是由它過去經(jīng)歷的環(huán)境塑造的,也是預(yù)測它未來將如何應(yīng)對環(huán)境變化的關(guān)鍵。體型、親代撫育水平和壽命等性狀反映了物種在生長、繁殖和生存之間做出的權(quán)衡。THORSON表示,物種的所有性狀都是這些因素之間權(quán)衡的結(jié)果。孔雀魚壽命短,但繁殖得早且頻繁;鯊魚能活20年;巖魚幾十年后才開始產(chǎn)卵,卻能活100年。自20世紀(jì)90年代以來,研究人員將魚類分為3種主要的生活史策略。機會主義物種在不穩(wěn)定的環(huán)境中定居。他們成熟早,后代少,親代照顧少。周期性物種利用更穩(wěn)定的環(huán)境,比如有季節(jié)變化的環(huán)境。他們成熟較晚,生育很多后代,很少提供親代照顧。平衡物種在高度穩(wěn)定的競爭和捕食的環(huán)境中茁壯成長。他們成熟晚,后代少,親代照顧水平高。此次研究首次將所有描述的魚類分配到這3種策略中。關(guān)于物種性狀和生活策略的準(zhǔn)確信息對于設(shè)定可持續(xù)捕撈限額和預(yù)測對環(huán)境變化的反應(yīng)至關(guān)重要。THORSON表示,種群評估中最困難的部分是設(shè)定生物參考點。一個物種有多少,可以捕撈多少?人們需要知道他們繁殖的速度有多快,他們對環(huán)境變化有多敏感。了解其性狀和生活策略為現(xiàn)在和未來的可持續(xù)捕撈提供了一個參考點。了解魚類的性狀是漁業(yè)資源評估改進的必要條件,但并不是所有物種的所有特征都可以評估。這項研究填補了這些空白。

該模型包括33個變量,涵蓋了全球34 000多種已知魚類的生命周期、繁殖、大小和行為等特征。利用評估過的物種特征之間的關(guān)系,預(yù)測了其他物種缺失的特征。科學(xué)家們使用這種方法從數(shù)據(jù)豐富的魚類那里提取數(shù)據(jù),用于數(shù)據(jù)貧乏的魚類。THORSON表示,研究人員將這種方法擴展到生活史理論。然后,利用這些特征將所有魚類劃分為3種生活策略類別。他們模擬了溫度升高對魚類群落的影響;創(chuàng)造了迄今為止最完整的“生命樹”(記錄了所有物種從最近的祖先進化而來的時間),其中包括硬骨魚和鯊魚。研究進化的科學(xué)家們已經(jīng)為此努力了幾十年。這是科學(xué)家們第一次看到所有物種在生長和繁殖之間做出的權(quán)衡,及其對他們在不斷變化的環(huán)境中生存的意義。研究改進了評估和預(yù)測氣候影響,加強了對進化的理解,其應(yīng)用和益處不可估量。該模型為準(zhǔn)確評估可持續(xù)捕撈量提供了更多信息,從而實現(xiàn)更有效的漁業(yè)管理。人們可以測量魚類的大小,并從中預(yù)測每年可持續(xù)捕撈的比例。如果知道某些魚會保護它的幼魚,或者它生活在深海環(huán)境中,就會給出更多關(guān)于可以捕撈比例的信息。它還增強了人們對魚類特有的性狀組合的理解。例如,為什么有些魚類對后代的照顧更多。案例研究與最近的理論預(yù)測一致,即成年后體型較小的魚類更有可能保護他們的幼魚。THORSON表示,當(dāng)成魚變小時,他們的后代體型也會變小。在這一點上,他們必須更好地照顧后代。模型也證實了這一點。

這種認(rèn)知可以防止在種群評估中使用極不可能或生物學(xué)上不可信的性狀組合。例如,它將防止估算過程中大體型與高死亡率的結(jié)合。該模型提高了預(yù)測氣候變化影響的能力。除了提高對許多物種特征的認(rèn)識外,它還提供了在生態(tài)系統(tǒng)模型中同時包括數(shù)百種魚類的能力。結(jié)果表明,在進化時間尺度上,溫度每升高1℃,魚類死亡率平均增加3.5%,繁殖力平均下降3%(間接影響最大年齡和最大體長)。該模型目前正在阿拉斯加用于改進對巖魚自然死亡率的估計。巖魚很小,但壽命很長,這不是人們通常所理解的。他們之所以能保持短小,是因為發(fā)育出了像脊椎這樣的防御系統(tǒng)。模型捕捉到了他們這方面的生活策略,也可以在世界范圍內(nèi)用于更多缺乏數(shù)據(jù)的物種。該模型已被聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織、國際海洋考察理事會等組織使用。THORSON表示,這個模型不僅適用于魚類,還具有廣泛的相關(guān)性,也可以對螃蟹、珊瑚或章魚進行研究。還可以用于陸地生態(tài)系統(tǒng),觀察昆蟲、哺乳動物和鳥類,也可以用來結(jié)合實驗和觀察來研究進化。科學(xué)家已經(jīng)用它來了解性狀如何影響棲息地選擇。性狀是基因影響適應(yīng)性的方式,所以研究性狀是整個生命之樹的核心。

楊林林譯自USA: For the first time, scientists can predict traits for all fish worldwide,FIS,2023-04-07

科學(xué)家揭示章魚和魷魚的適應(yīng)性進化

2項新的研究通過追蹤共同祖先神經(jīng)元的譜系描述了章魚和魷魚不同感知能力的路徑。

章魚和烏賊等頭足類動物從蛞蝓和蝸牛等軟體動物進化而來。這些動物的觸腕中有復(fù)雜緊湊的神經(jīng)系統(tǒng),可以執(zhí)行令人驚訝的多種行為。那么這些動物是如何從有殼的軟體動物進化成行為復(fù)雜生物的?在《自然》(Nature)雜志上發(fā)表的2項獨立研究中,來自哈佛大學(xué)BELLONO實驗室和加州大學(xué)圣地亞哥分校YAN HIBBS實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn)了一些線索,重點關(guān)注頭足類動物的神經(jīng)系統(tǒng)如何適應(yīng)海洋環(huán)境。他們描述了這些動物如何利用腕上的一個化學(xué)觸覺受體進行家族進化,并從中一窺這種功能變化如何在進化過程中適應(yīng)環(huán)境。

在第一篇論文中,研究人員描述了章魚如何重新利用祖先的神經(jīng)遞質(zhì)受體來感知外部環(huán)境。他們發(fā)現(xiàn)章魚的化學(xué)觸覺受體是由乙酰膽堿神經(jīng)遞質(zhì)受體進化而來的,這與人類的神經(jīng)肌肉連接處的受體相同。然而,章魚的受體并沒有傳感神經(jīng)遞質(zhì),而是具有重要的適應(yīng)性,可以感知附著在表面的相對不溶性的油膩分子。分子和細(xì)胞生物學(xué)系副教授NICHOLAS BELLONO表示,他們用腕通過觸摸來“品嘗”,依賴觸覺對海底裂縫進行水下探索。研究小組確定了章魚化學(xué)觸覺受體的三維結(jié)構(gòu),并將其與乙酰膽堿受體進行了比較,以研究它如何從其祖先在神經(jīng)傳遞中的作用轉(zhuǎn)變過來。這2個受體的整體結(jié)構(gòu)看起來很相似。在談到又大又粘的表面時,BELLONO表示,章魚受體的結(jié)合部位,雖然與祖先的神經(jīng)遞質(zhì)附著在一個相似的地方,但卻非常不同,其受到進化選擇的壓力。這解釋了像章魚這樣的動物如何通過微妙地改變部分蛋白來創(chuàng)造新的受體和行為功能,從神經(jīng)傳遞轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境化學(xué)感覺,比如嗅覺或味覺。

與他們的近親章魚相比,魷魚是伏擊捕食者,用8條觸腕和2條長長的觸腕穗來捕捉毫無防備的獵物。他們不是用腕探測物體表面,而是抓住獵物,把它卷進去捕食。 在第二篇論文中,研究人員發(fā)現(xiàn)魷魚的化學(xué)感受器更類似于人類的味覺。魷魚的感受器已經(jīng)適應(yīng)了感知苦味分子。如果魷魚感覺到了苦味,它可能會認(rèn)為這是有毒的或不受歡迎的,并會釋放它的獵物。研究小組再一次發(fā)現(xiàn)人類神經(jīng)遞質(zhì)受體和魷魚受體之間的主要區(qū)別在于結(jié)合部位。BELLONO表示,在這種情況下,魷魚受體比章魚少,他們看起來更像神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合部位,可以結(jié)合更多的親水分子。章魚和魷魚之間的這種差異反映了進化時間表和適應(yīng)性,這里看到了從乙酰膽堿受體的神經(jīng)傳遞到魷魚的可溶性苦味,再到章魚不溶性分子的接觸味覺的最新發(fā)現(xiàn)。

2020年,BELLONO團隊首次報道了章魚通過腕上的化學(xué)反應(yīng)受體來探索環(huán)境。綜合而言,這2篇新論文為理解微妙的結(jié)構(gòu)適應(yīng)如何驅(qū)動適合動物特定生態(tài)環(huán)境的新行為提供了基礎(chǔ),如頭足類受體的結(jié)構(gòu)適應(yīng)。頭足類動物是研究進化的絕佳模型。這些研究提供了一個很好的和意想不到的例子,說明如何利用這些生物來研究從分子到個體水平的生物進化和創(chuàng)新。

楊林林譯自USA: Taking a lesson in evolutionary adaptation from octopus, squid,FIS,2023-04-14

氣候變化全方位影響北歐

氣候變化將改變北歐海域的生態(tài)系統(tǒng)和漁業(yè)資源。一份題為《北歐海域的氣候變化影響》報告是北歐部長理事會發(fā)起的北歐氣候情景項目的第一份報告。挪威海洋研究所GEIR OTTERSEN教授表示,提交給聯(lián)合國氣候小組的報告是全面、徹底和重要的,同時也提供了整個世界的氣候概覽。OTTERSEN教授領(lǐng)導(dǎo)了該項目,來自挪威海洋研究所和北歐合作伙伴的一些海洋科學(xué)家也為該項目做出了貢獻。

OTTERSEN解釋說,北歐海域具有與其他海域不同的特點,這使得他們格外脆弱。因此,研究北歐的氣候變化以及它將產(chǎn)生什么后果至關(guān)重要。這項工作為北歐國家的決策者提供了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。報告指出,各個北歐海域都面臨著重大挑戰(zhàn)。其中,氣候變化對北極地區(qū)的影響最大。全球最大的變化預(yù)計將發(fā)生在巴倫支海、格陵蘭島最北端、冰島海和挪威海。這些海域一年中大部分時間都非常寒冷,被冰覆蓋,生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)適應(yīng)了這一點。當(dāng)北極發(fā)生變化時,對生態(tài)系統(tǒng)的影響將非常大。氣候變化對不同物種的影響是不同的。對鱈魚 (cod)和黑線鱈 (haddock) 來說,巴倫支海稍微變暖是個好消息,而北極鱈 (polar cod)等北極物種將陷入困境。

北海(North Sea)所面臨的主要挑戰(zhàn)是“所有挑戰(zhàn)的總和”。這是世界上承受壓力最嚴(yán)重的海域之一。OTTERSEN表示,這里有許多不同的商業(yè)活動,而且生活在海域周邊的人數(shù)眾多。氣候變化影響已經(jīng)很明顯。在波羅的海,物種多樣性正面臨著嚴(yán)峻的壓力。這里的營養(yǎng)供應(yīng)水平過高,加上氧氣太少,鹽度過低,鱈魚和鯡魚等物種無法茁壯成長。氣候變化會加劇這種情況。在這份報告中,科學(xué)家們研究了各區(qū)域關(guān)于氣候變化的“間接錯誤”,比如海平面上升和海洋變暖。在一些地方,海水的鹽度也會降低。問題是北歐地區(qū)并不是一個整體。例如,由于陸地隆起引起的海平面上升,僅在挪威海岸就會看到其造成的明顯不同的后果。在上一個冰河時代,大量的冰給北歐陸地帶來了巨大的壓力。當(dāng)冰層消失后,陸地緩慢上升,在一些地方,這種情況仍在繼續(xù)。但是適用于奧斯陸地區(qū)的模式并不適用于韋斯特蘭海岸。西部的海平面會比東部上升得更多。

對浮游生物而言,溫度升高會把一種生物擠出去,而另一種生物會占優(yōu)勢。北海中微小但重要的浮游動物飛馬哲水蚤(Calanusfinmarchicus)的命運就是一個明顯的例子。幾十年來,它緩慢但確定地被自己的“表親”——另外一種哲水蚤(C.helgolandicus)打敗了。當(dāng)海水變暖時,后者比前者生長得更好。他們看起來非常相似,只有專家才能區(qū)分。這產(chǎn)生了巨大的連鎖反應(yīng)。GEIR OTTERSEN表示,飛馬哲水蚤是北海鱈幼魚最重要的食物。而其“表親”的營養(yǎng)價值較低,而且出現(xiàn)得時機太晚,不能成為鱈魚幼魚優(yōu)質(zhì)的食物。這意味著北海已經(jīng)很脆弱的鱈魚種群變得更加糟糕。這是一個海洋溫度升高導(dǎo)致生存能力下降的例子,因為魚類的生長時間不再與海洋中其食物最多的時間相吻合。

北歐研究人員希望這份全新的報告能給政府提供一個做出明智決定的基礎(chǔ),但研究工作還沒有結(jié)束。在這份報告中,研究人員總結(jié)了當(dāng)下所知道的大部分情況。在項目后續(xù)研究中,還會產(chǎn)生新的知識。在先進模型和歷史數(shù)據(jù)的幫助下,科學(xué)家們將“重現(xiàn)過去”,研究海洋和沿海地區(qū)在歷史上是如何演變的。然后,進一步利用這些知識,對未來如何發(fā)展形成更清晰的圖景。

楊林林譯自Norway: This is how climate change will affect in the Nordics,FIS,2023-03-02

沿海物種在公海上依靠漂浮塑料碎片生存

大量的沿海海洋無脊椎動物已經(jīng)在公海定居,他們現(xiàn)在可以在公海中生存和繁殖,且占浮游群落組成的很大比例。史密森環(huán)境研究中心(Smithsonian Environmental Research Center,SERC)和夏威夷大學(xué)馬諾阿分校的一組研究人員在《自然生態(tài)與進化》(Nature Ecology and Evolution)雜志上發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。

研究人員在北太平洋亞熱帶環(huán)流東部超過70%的檢測塑料碎片上發(fā)現(xiàn)了沿海物種,他們代表了不同的分類群體和生活史特征。此外,碎片攜帶的沿海物種多于公海海洋物種。研究報告的主要作者,SERC助理研究員LINSEY HARAM表示,這一發(fā)現(xiàn)表明,由于漂浮塑料在亞熱帶環(huán)流中積累,通過數(shù)百萬年建立起來的海洋生態(tài)系統(tǒng)之間的生物地理界限正在迅速改變。研究人員直到最近才發(fā)現(xiàn)這些“新深海群落”的存在,即深海中的漂浮群落。為了解漂浮在海洋垃圾上群落的生態(tài)和物理過程,SERC和夏威夷大學(xué)馬諾阿分校組成了一個多學(xué)科的漂浮海洋生態(tài)系統(tǒng)(FloatEco)團隊。夏威夷大學(xué)馬諾阿分校主持了物理海洋學(xué)的評估,SERC進行了生物和生態(tài)方面的研究。

這項研究中,FloatEco團隊分析了海洋清理組織2018年和2019年在覆蓋北太平洋大部分地區(qū)的北太平洋亞熱帶環(huán)流探險期間收集的105個塑料樣本。野外工作依靠個人志愿者和非政府組織的參與。研究人員非常驚訝地發(fā)現(xiàn)了37種不同的通常生活在沿海水域的無脊椎動物,是發(fā)現(xiàn)的公海物種類別的3倍多。他們不僅在塑料上生存,而且還繁殖。HARAM對沿海物種輕易占領(lǐng)新的漂浮物留下了深刻的印象,他們正在進一步研究這一觀察結(jié)果。研究結(jié)果表明,沿海生物現(xiàn)在能夠在公海中繁殖、生長和生存,創(chuàng)造一個以前不存在的新群落,由不斷擴大的海洋塑料碎片維持。SERC高級科學(xué)家GREGORY RUIZ表示,這是沿海無脊椎動物分布和擴散障礙的范式轉(zhuǎn)變。

雖然科學(xué)家們已經(jīng)知道生物會在海洋塑料碎片上定居,包括一些沿海物種,但科學(xué)家們直到現(xiàn)在才意識到,建立起來的沿海群落可以在公海中持續(xù)存在。這些發(fā)現(xiàn)確定了人類對海洋造成了一種新的影響,描述了以前不為人知的規(guī)模和潛在后果。夏威夷群島東北部與北太平洋垃圾帶相鄰。夏威夷大學(xué)馬諾阿分校海洋與地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的高級研究員NIKOLAI MAXIMENKO表示,到達(dá)夏威夷海灘和珊瑚礁的碎片大部分來自這個垃圾帶上脫落的碎片。過去,這些島嶼脆弱的海洋生態(tài)系統(tǒng)因為與亞洲和北美沿海社區(qū)距離很遠(yuǎn)而得到保護。在夏威夷附近的北太平洋亞熱帶環(huán)流中持續(xù)存在的沿海物種是一個改變游戲規(guī)則的因素,這些島嶼被入侵物種“殖民”的風(fēng)險越來越大。此次研究體現(xiàn)了一個巨大的知識差距,對快速變化的公海生態(tài)系統(tǒng)的理解仍然有限。RUIZ表示,這表明需要大力加強公海觀測系統(tǒng),包括生物、物理和海洋垃圾測量。

楊林林譯自USA: Coastal species persist on high seas on floating plastic debris,Science Daily,2023-04-17

弧菌、馬尾藻和海洋塑料垃圾組成了完美“病原體”

一項新的研究揭示了馬尾藻、海洋塑料垃圾和弧菌細(xì)菌之間的相互作用如何創(chuàng)造出完美的“病原體”,對海洋生物和公共健康都有影響。弧菌細(xì)菌普遍存在于全球水域,是與海洋環(huán)境有關(guān)的人類死亡的主要因素。例如,被稱為食肉菌的創(chuàng)傷弧菌(Vibriovulnificus),有時可以因食用海鮮而導(dǎo)致危及生命的食源性疾病,也可以因開放性傷口感染而導(dǎo)致疾病和死亡。自2011年以來,馬尾藻(Sargassum),一種自由生活的棕色大型藻類,在馬尾藻海和大西洋馬尾藻帶等其他公海海域迅速擴張,海灘上出現(xiàn)了頻繁和異常的海藻堆積事件。此外,最初在馬尾藻海表層水域中發(fā)現(xiàn)的海洋塑料垃圾,由于其比海洋環(huán)境中的天然基質(zhì)在海洋中的存留時間長數(shù)十年,已成為全球關(guān)注的問題。

目前,人們對馬尾藻與弧菌的生態(tài)關(guān)系知之甚少。此外,基因組和宏基因組一直缺乏關(guān)于定植于海洋塑料垃圾和馬尾藻中的弧菌是否可能感染人類的證據(jù)。隨著夏季的到來,人們正在努力尋找創(chuàng)新的解決方案來重新利用馬尾藻,這些基質(zhì)是否會對公眾健康構(gòu)成三重威脅? 來自佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)(Florida Atlantic University,FAU)的研究人員和合作者對從鰻魚幼體、海洋塑料垃圾、馬尾藻以及從北大西洋加勒比海和馬尾藻海域收集的海水樣本中分離出的16個弧菌品種的基因組進行了完全測序。他們發(fā)現(xiàn)弧菌病原體具有“粘”在微塑料上的獨特能力,這些微生物可能正在適應(yīng)塑料。塑料是一種大約在50年前被引入海洋環(huán)境的新元素。該研究的主要完成人,FAU的Habor Branch海洋研究所和Harriet L. Wilkes榮譽學(xué)院的生物學(xué)助理教授TRACY MINCER博士表示,實驗室的工作表明,這些弧菌極具攻擊性,可以在幾分鐘內(nèi)尋找并粘附在塑料上。他們還發(fā)現(xiàn)微生物對塑料的附著機制與病原體使用的機制相同。

發(fā)表在《水研究》(Water Research)雜志上的這項研究結(jié)果表明,公海弧菌代表了一個至今未被描述的微生物群體,其中一些代表了潛在的新物種,混合了病原體和低營養(yǎng)物質(zhì)的基因,生活在中上層,可定植于基質(zhì)和宿主。利用宏基因組組裝基因組(metagenome-assembled genome,MAG),這項研究首次發(fā)布了來自塑料碎片的弧菌屬的基因組。該研究強調(diào)了與霍亂和非霍亂細(xì)菌菌株密切相關(guān)的脊椎動物病原體基因。培養(yǎng)品種的表型檢測證實了快速生物膜形成、溶血性和脂溶酶活性,符合致病潛力。研究人員還發(fā)現(xiàn)最初在霍亂弧菌中發(fā)現(xiàn)的封閉帶毒素或“Zot”基因,是一種增加腸道通透性的分泌毒素,也是他們發(fā)現(xiàn)的弧菌中保留和選擇最多的基因。這些弧菌似乎是從腸道進入,停留在腸道里,并以這種方式進行感染。另一件有趣的事情是,研究人員發(fā)現(xiàn)了一組被稱為“Zot”的基因,它導(dǎo)致了腸漏癥,例如一條魚吃了一塊塑料并被其感染,會導(dǎo)致腸道漏水和腹瀉。它將釋放營養(yǎng)物質(zhì),如氮和磷酸鹽,可能會刺激馬尾藻和其他周圍生物的生長。研究結(jié)果顯示,這種環(huán)境下生長的一些弧菌有一種“雜食”的生活方式,以植物和動物宿主為目標(biāo),同時具有在低營養(yǎng)條件下存活的能力。隨著人類-馬尾藻-海洋塑料垃圾互動的增加,這些基質(zhì)相關(guān)的微生物菌群可能含有強大的致病菌。重要的是,一些基于培養(yǎng)的數(shù)據(jù)顯示,擱淺的馬尾藻含有大量的弧菌。在這一點上,沒有人真正考慮過這些微生物和他們引起感染的能力。研究人員想讓公眾意識到這些相關(guān)的風(fēng)險。特別是,在對風(fēng)險進行更徹底的探討之前,應(yīng)該對馬尾藻的收獲和加工持謹(jǐn)慎態(tài)度。

楊林林譯自USA: Perfect ’pathogen’ storm:Vibriobacteria,Sargassumand plastic marine debris,Science Daily,2023-05-18

海洋變暖加劇珊瑚體內(nèi)病毒的爆發(fā)

在南太平洋進行的一項為期3年的開創(chuàng)性研究發(fā)現(xiàn),海洋變暖會引發(fā)“感染鞭毛藻的RNA病毒(dinoRNAVs)”的爆發(fā),這種病毒會攻擊珊瑚內(nèi)部的共生藻類。自2021年被認(rèn)為是石珊瑚組織損失病(Stony Coral Tissue Loss Disease,SCTLD)的可能原因以來,珊瑚礁病毒獲得了廣泛關(guān)注。近十年來,SCTLD已經(jīng)摧毀了佛羅里達(dá)和加勒比海的珊瑚礁。

造礁珊瑚令人驚嘆的色彩來自于珊瑚體內(nèi)的光合藻類。研究發(fā)現(xiàn),在海洋熱浪期間,病毒可能會增加對這些共生藻類的攻擊。很少有研究調(diào)查高溫和其他形式的壓力如何影響珊瑚病毒爆發(fā),更少的研究關(guān)注爆發(fā)后珊瑚礁尺度下的動態(tài)。近期《ISME通訊》(ISME Communications)在線發(fā)表的這項研究做到了這2點。這也是第一個分析dinoRNAVs在珊瑚礁范圍內(nèi)的流行程度、持久性、觸發(fā)因素和健康影響的研究,這種單鏈RNA病毒感染生活在珊瑚內(nèi)部的共生藻類。

該研究的主要作者LAUREN HOWE-KERR表示,在2021年10月和2022年2月的研究之后,珊瑚和海洋疾病研究人員正在密切關(guān)注珊瑚病毒,這些研究發(fā)現(xiàn)共生鞭毛藻的病毒感染可能是SCTLD的誘因。SCTLD是有史以來最致命的珊瑚疾病之一,自2014年首次被發(fā)現(xiàn)以來,它一直在摧毀佛羅里達(dá)州和加勒比海地區(qū)的珊瑚礁。雖然這項研究的重點不是SCTLD,但它建立了人們對珊瑚病毒的理解,特別是感染珊瑚內(nèi)共生體的RNA病毒。萊斯大學(xué)的博士后研究員HOWE-KERR與來自萊斯大學(xué)、東北大學(xué)、俄勒岡大學(xué)、維爾京群島大學(xué)、羅格斯大學(xué)、俄勒岡州立大學(xué)、喬治梅森大學(xué)、新西蘭國家水與大氣研究所和佛羅里達(dá)州薩默蘭島的Mote海洋珊瑚礁研究與恢復(fù)中心的十幾位同事共同完成了這項研究。HOWE-KERR表示,研究首次提供了經(jīng)驗證據(jù),即暴露在高溫下的珊瑚礁會引發(fā)珊瑚群內(nèi)的dinoRNAVs感染,這些感染在不健康的珊瑚群中會加劇。

這項研究在法屬波利尼西亞的太平洋茉莉雅島上的茉莉雅珊瑚礁長期生態(tài)研究站進行。茉莉雅島距離塔希提島約32 km,周圍環(huán)繞著珊瑚礁。在2018年8月至2020年10月期間,研究組每年兩次從島上54個珊瑚群落中收集樣本。在這段時間里,最高水溫出現(xiàn)在2019年3月。在此期間,島上的珊瑚礁遭受了與高溫有關(guān)的壓力,包括廣泛的白化。研究地點包含了受到不同環(huán)境壓力的各種珊瑚礁帶。例如,面向海洋的珊瑚礁位置更深,水溫更低也更穩(wěn)定,而瀉湖中的近岸邊緣珊瑚礁則受到最高溫度和最大溫度波動的影響。

HOWE-KERR于2022年在萊斯大學(xué)獲得博士學(xué)位,最近獲得了為期一年的美國國家科學(xué)基金會海洋政策獎學(xué)金。采樣和分析是她在萊斯大學(xué)海洋生物學(xué)家ADRIENNE CORREA的實驗室攻讀博士學(xué)位期間完成的。這是一個共同努力的巨大團隊。在3年的時間里,每年兩次對完全相同的珊瑚群定點取樣。CORREA表示,新冠肺炎疫情使情況更加復(fù)雜,導(dǎo)致研究人員無法在2020年3月進行取樣,但最終這一切都是值得的。他們對珊瑚礁病毒動態(tài)了解了很多。從以前的研究中可以清楚地看出,珊瑚“含有許多不同的病毒”,但不知道特定的病毒類型是如何在珊瑚礁上分布的。2022年,她所在團隊中另一位已經(jīng)畢業(yè)的學(xué)生CARSTEN GRUPSTRA進行了一項研究,描述了基于水箱實驗獲得的詳細(xì)發(fā)現(xiàn),該研究顯示珊瑚中單一病毒群dinoRNAVs的病毒活性在熱應(yīng)激下增加。為期3年的研究表明這種情況也可能發(fā)生在海洋中。CORREA表示,在不同珊瑚礁上看到了同樣的高溫導(dǎo)致的病毒含量增加。

HOWE-KERR強調(diào),這項新研究首次從時間和空間角度描述了dinoRNAVs在珊瑚礁和珊瑚礁帶上的行為。研究描述了dinoRNAVs的多樣性,以及他們在不同珊瑚礁環(huán)境中多年的種群流行情況。該團隊3年內(nèi)在超過90%的樣本中檢測到dinoRNAVs。但不同珊瑚礁的病毒組成和多樣性是不同的,表明環(huán)境條件在動態(tài)感染中發(fā)揮了作用。雖然所有54個珊瑚群落在為期3年的調(diào)查中都存活了下來,但有50%的群落部分死亡。CORREA表示,受影響最嚴(yán)重的是面向海洋的珊瑚礁,他們經(jīng)歷部分死亡的可能性幾乎是邊緣珊瑚礁的3倍,而邊緣珊瑚礁可能更習(xí)慣于應(yīng)對近岸較淺水域的高溫。2019年在熱應(yīng)激群落中發(fā)現(xiàn)了更多種類的RNA病毒,這表明病毒含量增加了。這種情況在遭受部分死亡的群落中最明顯,這表明特定的宿主-病毒相互作用可能會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。隨著海洋溫度的持續(xù)上升,病毒的繁殖能力可能會增加。重要的是盡可能多地了解宿主-病毒的相互作用,因為這有可能改變支撐珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的基本共生關(guān)系。

楊林林譯自USA: Ocean warming intensifies viral outbreaks within corals,Science Daily,2023-04-03

印度洋-太平洋的珊瑚比大西洋的珊瑚更能適應(yīng)氣候變化

面對全球變暖和其他環(huán)境變化,大西洋的珊瑚近年來急劇減少,而太平洋和印度洋的珊瑚則表現(xiàn)得更好。通過研究這些珊瑚生長需要的幾種共生藻類,賓夕法尼亞州立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊發(fā)現(xiàn),印度洋-太平洋地區(qū)的這些共生關(guān)系可能比大西洋地區(qū)更靈活,最終能適應(yīng)更高的海洋溫度。

珊瑚礁是由珊瑚動物產(chǎn)生的碳酸鈣構(gòu)成的巨大地質(zhì)結(jié)構(gòu),珊瑚動物的群落在其組織內(nèi)擁有密集的共生光合藻類。當(dāng)如海洋溫度上升等環(huán)境條件導(dǎo)致藻類和珊瑚動物之間的關(guān)系破裂時,就會發(fā)生珊瑚白化。雖然珊瑚可以恢復(fù),但白化也會導(dǎo)致珊瑚死亡,這取決于白化的強度和持續(xù)時間。賓夕法尼亞州立大學(xué)生物學(xué)教授TODD LAJEUNESSE表示,珊瑚白化不僅影響珊瑚本身,還影響整個生態(tài)系統(tǒng)的生物,從海膽和龍蝦等無脊椎動物到魚和海龜?shù)燃棺祫游铩Ｑ芯可汉骷捌涔采w的生物學(xué)非常重要,這樣就可以預(yù)測他們將如何應(yīng)對未來的環(huán)境變化,尤其是海洋變暖。但是并不是所有的珊瑚和共生體都會以同樣的方式做出反應(yīng)。這是因為全球海洋中有成千上萬種珊瑚,每種珊瑚都有自己獨特的屬性。而且直到最近人們才真正意識到共生物種的巨大多樣性及其對珊瑚生存的重要性。LAJEUNESSE強調(diào),科學(xué)家以前把所有的共生體歸為幾個大類。在過去的幾年里,他們的工作一直逐個研究共生體物種,這樣就知道具體在研究什么。沒有這些信息,就無法充分研究珊瑚的生態(tài)、生理和生物地理。

當(dāng)LAJEUNESSE和他的同事們開始研究共生物種時,他們發(fā)現(xiàn)了有些物種的專一性,即只能與一種或幾種珊瑚宿主聯(lián)系在一起,而另一些具有普適性。這意味著他們可以與許多種類的珊瑚宿主聯(lián)系在一起。此外,他們發(fā)現(xiàn)一些珊瑚,特別是加勒比海的珊瑚,依賴于具有專一性的共生體,而來自印度洋-太平洋的珊瑚則與具有普適性的共生體聯(lián)系在一起。加勒比海珊瑚缺乏靈活性可能使他們對環(huán)境變化更敏感,而印度洋-太平洋珊瑚具有更靈活的伙伴關(guān)系,能承受的環(huán)境變化可能更大。事實上,根據(jù)LAJEUNESSE的說法,該團隊研究的共生物種對珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)很重要,因為他們所具有的生態(tài)位優(yōu)勢以及他們對巨大地理區(qū)域范圍內(nèi)許多珊瑚物種的重要性。隨著地球海洋變暖,更敏感的共生體滅絕,這些物種可能會主宰珊瑚群落。

該團隊的新研究結(jié)果發(fā)表在2023年5月1日的《生理學(xué)雜志》( Journal of Phycology)上,描述了印度洋-太平洋地區(qū)的幾種珊瑚共生體物種。為了進行他們的研究,研究人員從印度洋-太平洋各地收集了珊瑚樣本,包括帕勞、泰國、坦桑尼亞的桑給巴爾、鳳凰群島、澳大利亞的大堡礁和新喀里多尼亞的珊瑚礁。接著,他們從這些樣本中提取共生藻類,并進行了DNA測序。然后,他們鑒定并描述了5種能夠與各種宿主珊瑚物種相關(guān)聯(lián)的共生體。該論文的第一作者,賓夕法尼亞州立大學(xué)生物學(xué)研究生CALEB BUTLER表示,就人類還不了解甚至連名字都沒有的事物進行討論是很困難的。當(dāng)他們正式描述一個物種時,他們要為這些生物命名,幫助其建立一個可以談?wù)摰纳矸?并將以前的研究與未來的研究聯(lián)系起來。這些待描述的生物分布廣泛,隨著海洋變暖,這些耐熱的普適物種很可能擴展到新的珊瑚群落。識別這些獨特的物種可以對他們的生態(tài)進行研究,然后能夠準(zhǔn)確地討論研究結(jié)果的意義。具體來說,該團隊描述的共生體屬于Cladocopium屬。相對于其他珊瑚共生體,Cladocopium屬的物種具有異常豐富的生物多樣性。然而,這個屬中很少有物種被成功培養(yǎng)出來。澳大利亞海洋科學(xué)研究所的科學(xué)家MATTHEW NITSCHKE表示,該團隊描述的物種之一,Cladocopiumproliferum可以在試管中培養(yǎng),為理解珊瑚-藻類共生機制取得了重大進展,它已成為澳大利亞此類研究的模式物種。澳大利亞團隊由MADELEINE VAN OPPEN教授領(lǐng)導(dǎo),目前正在珊瑚礁恢復(fù)和開發(fā)研究中使用并增殖C.proliferum,重點研究這些藻類共生體如何促進珊瑚的耐熱性。

楊林林譯自USA: Indo-Pacific corals more resilient to climate change than Atlantic corals,Science Daily,2023-05-03