漁業科技前沿

氣候變化和過度捕撈應對不力將導致全球魚類資源無法重建

一項新的研究預測,如果不采取強有力的行動來緩解氣候變化,全球魚類資源將無法恢復到可持續水平。來自英屬哥倫比亞大學、斯坦福海洋解決方案中心和伯爾尼大學的研究人員模擬了從1950年到2100年,不同的全球升溫場景和捕撈活動強度對給定區域內的生物量或豐度產生的影響。他們的模擬結果表明,在研究的226個海洋區域中,氣候變化使103個區域的魚類數量較歷史水平下降,其中包括加拿大。在21世紀預計的全球變暖水平下,這些種群將難以恢復數量。

英屬哥倫比亞大學海洋和漁業研究所教授,該研究的主要完成人WILLIAM CHEUNG博士表示,在氣候變化的情況下,要重建過度開發的魚類資源,更強調漁業資源保護的漁業管理方式是必不可少的。然而,光靠這一點是不夠的。氣候緩解對魚類資源重建計劃的有效性至關重要。包括斯坦福大學海洋解決方案中心的COLETTE WABNITZ博士在內的研究團隊使用計算機模型找出可導致過度開發的魚類資源無法重建的氣候變化水平。CHEUNG博士表示,目前與工業化前的水平相比,全球氣溫上升的幅度超過1.5℃,未來幾十年將接近2℃。該研究預計,平均而言,當漁業管理專注于每年最高的可持續捕撈量時,1.8℃的升溫對魚類的額外影響將使魚類種群無法自我恢復。如果全球捕撈量是每年最高可持續捕撈量的四分之三,那么魚類資源無法恢復的升溫程度是4.5℃。亞洲、太平洋、南美洲和非洲的熱帶地區的魚類數量正在減少,一方面因為這些物種都向北遷移到較冷的水域,另一方面是由于捕撈壓力使得種群無法恢復。這些地區是最先感受到全球變暖影響的地區。研究表明,即使是1.5℃的輕微升溫,也可能對依賴漁業獲得糧食營養安全、收入和就業的熱帶國家產生災難性的影響。

研究預計,在最壞的情況下,如果不采取任何措施緩解全球變暖,包括不實現國際商定的目標,并且出現超出可持續目標的過度捕撈,全球魚類儲量將下降到當前水平的36%。研究參與者JULIANO PALACIOS-ABANTES博士表示,為了重建魚類資源,必須充分考慮氣候變化。人類生活在一個全球化的世界,各種情況相互關聯。在熱帶地區可以明顯看到這一點,但在魚類成長緩慢的北極地區或者在漁業死亡率很高的愛爾蘭、加拿大和美國也看到了這一點。這些氣候影響,即使是在以保護為重點的情境時,也使魚類資源難以反彈。CHEUNG博士表示,由于氣候變化,世界魚類資源不太可能恢復到歷史水平。人類正處于一個轉折點,需要的是全球協調一致的努力,制定切實和公平的海洋保護措施,以支持在氣候變化下有效重建生物量。這需要認識到海洋生物多樣性對生計和經濟的貢獻方式,特別是在熱帶海洋生態地區,還需要同時對漁業活動進行更嚴格的限制,以實現更大的生物資源量重建潛力。

楊林林譯自UK: Global fish stocks can't rebuild if nothing done to halt climate change and overfishing,Science Daily,2022-09-01

過去30年里超過110萬只海龜被偷捕

除氣候危機外,對野生動物生物多樣性威脅最嚴重的是非法獵殺和販運。盡管有許多法律反對野生動物黑市貿易,但它被認為是世界上最賺錢的非法產業之一。動物,特別是瀕危和受威脅的物種,經常被抓捕并出售其皮毛,或用作藥物、古玩和食物等。

一項新的研究發表在《全球變化生物學》(Global Change Biology)雜志上,亞利桑那州立大學的研究人員估計,已經有超過110萬只海龜被非法獵殺,并在某些情況下于1990—2020年被販賣。即使現有法律禁止抓捕和使用海龜,但在過去10年里,在65個國家或地區,每年仍有多達4.4萬只海龜被抓獲,歸屬于世界上58個主要海龜種群中的44個。

盡管盜獵海龜的數量看似很大,但研究顯示,在過去10年中,非法盜獵海龜的數量下降了約28%,這讓研究人員感到驚訝。他們最初預計偷獵數量會增加。該研究的主要完成人,生命科學學院環境生命科學博士生KAYLA BURGHER表示,過去10年里,這種下降可能是由于保護立法的增加和保護工作的加強,以及保護意識的提高或當地規范和傳統的改變。除了輕微下降之外,研究人員還發現,在過去10年中,大多數非法獵捕都發生在大型、穩定和基因多樣化的海龜種群中。社會創新未來學院助理教授JESSE SENKO表示,這一發現可能是當下大量非法獵殺海龜的一線希望。這意味著,這些海龜大多來自健康、低風險的種群。這表明,除了少數例外,目前的非法獵殺水平可能不會對世界各地大多數主要海龜種群產生重大的負面影響。然而,SENKO表示應該謹慎看待這些研究結果。評估任何非法活動都是困難的,海龜的捕獵和交易也不例外,特別是當它與犯罪集團有關聯時。研究評估不包括海龜蛋或海龜相關產品,例如,用海龜殼制成的手鐲或耳環,因為這些產品不容易計算海龜數量。

在這項研究中,研究人員綜合了同行評議的期刊文章、存檔的媒體報道、非政府組織報告和在線問卷調查的數據,以確定對現有的關于獵捕海龜信息的全面了解。這項研究揭示了可能有助于確定保護管理優先事項的信息。例如,越南是非法販運海龜最常見的來源國,而東亞部分國家則是幾乎所有被販運海龜產品的目的地。在30年的研究期間,95%被盜獵的海龜來自2個物種——綠海龜和玳瑁海龜,這2種海龜都被列入美國《瀕危物種法案》。此外,東南亞和馬達加斯加也成為非法捕獲和交易海龜的主要熱點,尤其是極度瀕危的玳瑁,他們的美麗外殼在非法野生動物貿易中價格高昂。BURGHER表示,評估是未來關于非法捕撈海龜研究和推廣工作的重要基礎。相信這項研究可以幫助保護從業者和立法者選擇需優先考慮的保護工作,并分配他們的資源,以最好地幫助保護海龜種群免受全球獵捕。該研究團隊表示,要維持全球生物多樣性,還需要做更多的工作。需要加大對缺乏保護海龜資源的政府的支持,同時也需要支持社區在限制或禁止獵捕海龜的情況下維持人類福祉,制定對人類和海龜都有利的保護策略。

楊林林譯自USA: More than 1.1 million sea turtles poached over last three decades,Science Daily,2022-09-07

經歷過原油暴露的魚表現出行為障礙

邁阿密大學Rosenstiel海洋大氣和地球科學學院的研究人員主持了一項史無前例的研究實驗,證實一種受歡迎的魚在接觸亞致死水平的原油后,放歸野外表現出行為改變、存活率降低和產卵減少。研究結果表明,在“深水地平線”(Deepwater Horizon)鉆井平臺石油泄漏期間,墨西哥灣北部和大西洋的鲯鰍暴露在原油中,表現出了行為障礙,如生存率和產卵頻率下降。

為了進行實驗,研究人員在墨西哥灣捕獲了野生鲯鰍,給他們安裝了衛星標簽,用于收集溫度、深度、加速度和位置信息,并在“F. G. Walton Smith”研究船上將他們放置在實驗水箱中的石油或對照條件下,然后將他們放回墨西哥灣。在放生之前,他們還剪了一小塊鰭用于基因表達分析。衛星標簽數據分析顯示,與未接觸過石油的野生魚相比,經歷過石油環境的魚的分布溫度和深度發生了變化,導致釋放后前8天的捕食率增加,產卵減少長達37天。基因表達數據顯示,這些行為變化可能是由肌肉、感覺和中樞神經信號系統造成的。在實驗室中,暴露過的魚顯示出視力、嗅覺和游泳能力受損,一些證據表明他們的感覺系統和中樞神經系統受損。研究表明,暴露于石油后,實驗室和野生魚的行為都會受到影響。對野生魚來說,這意味著更高的捕食死亡率和產卵量的減少。

研究的主要完成人,Rosenstiel學院的LELA SCHLENKER表示,研究結果表明,在實驗室中觀察到的亞致死現象也出現在野生魚類身上,并導致生存和繁殖率降低。Rosenstiel學院海洋生物與生態系主任,該研究的參與者MARTIN GROSELL教授表示,隨著海上石油鉆探作業的深入和風險的增加,了解石油暴露對野生魚類的直接影響至關重要。這項研究直接證明了“深水地平線”石油泄漏事件對墨西哥灣北部野生魚類的影響。在這項研究之前,研究人員不知道野生魚類暴露在亞致死濃度的原油中會受到怎樣的影響。經過研究人員證實,暴露在石油環境中的魚的行為模式改變導致捕食率增加和產卵量減少。這些影響表明“深水地平線”和未來石油泄漏可能造成世代影響。“深水地平線”石油泄漏事件直接影響了許多人的生計,英國石油公司為此支付了190×104美元的環境損害賠償。

楊林林譯自USA: Popular sport fish are behaviorally impaired from exposure to crude oil, study finds,Science Daily,2022-09-15

改變動物飼料可以為10億人提供食物

當世界各地數以百萬計的人面臨著饑荒或營養不良威脅的同時,畜禽和魚類飼料的生產正在占用可用于生產人類食物的有限自然資源。阿爾托大學發表在《自然食品》(Nature Food)雜志上的一項新研究表明,調整畜禽和魚類的喂養方式可以在保持產量的同時為人類提供更多的食物。這些相對簡單的變化將顯著增加全球糧食供應,在不增加任何自然資源的使用或重大的飲食變化情況下,為更多的人(最高13%)提供熱量。

目前,大約三分之一的谷類作物被用于動物飼料,大約四分之一捕獲的魚類沒有用于人類食用。阿爾托大學研究全球水和糧食問題的副教授MATTI KUMMU領導了一個團隊,研究了在畜禽和水產養殖生產中使用農作物殘留物和畜禽水產食品加工副產品的潛力,從而釋放出人類可用的資源來養活人類。KUMMU解釋說,這是第一次有人在全球范圍內如此詳細地收集陸地和水生系統的食物和飼料流動情況,并將他們結合在一起。這有助于了解有多少食品副產品和殘留物已經在使用,是確定未開發潛力的第一步。研究小組分析了全球糧食生產系統中糧食和飼料及其副產品和殘留物的流動情況。然后,他們找到了改變這些流動以產生更好結果的方法。例如,可以用食品加工過程中的副產品喂養畜禽和養殖魚類,如甜菜或柑橘渣、魚和畜禽的副產品甚至農作物殘留物,而不是適合人類食用的材料。

通過這些變化,多達10%～26%的谷物總產量和1 700×104t的魚(約占目前水產品供應量的11%)可以從用于動物飼料轉向用于人類食用。根據具體情況的不同,食物供應的增加在熱量方面將達到6%～13%,在蛋白質含量方面將達到9%～15%。該研究的主要完成人,阿爾托大學的VILMA SANDSTR?M表示,這聽起來可能不多,但這是大約10億人的食物。這些發現與KUMMU團隊早期關于從生產、運輸、儲存到消費的整個供應鏈中減少糧食損失的工作非常吻合。在那項研究中表明,減少一半的食物損失和浪費將增加約12%的食物供應。再加上將副產品用作飼料,將會多出大約四分之一的食物。不過,也存在一些不確定變化,比如用農作物殘留物喂養畜禽,會導致畜禽生產力下降,研究人員也在他們的研究中考慮到了這一點。另一個挑戰是,目前在畜禽生產和水產養殖中使用的適合人類食用的食物與人們習慣的食物不同。例如,飼料行業使用的是不同品種的玉米,其中一些谷物質量較低;而用于魚粉生產的魚多是小而多骨的魚,目前不受消費者歡迎。然而,克服這些障礙可能會帶來巨大的收益。要實現這些好處,就需要對供應鏈進行一些調整。例如,重組食品系統,使生產副產品的生產者能夠找到需要他們的畜禽和水產生產者。有些副產品在用作飼料之前需要進行加工。KUMMU總結說,他不認為這樣做有什么嚴重的問題。他們的建議已經在某些地區以一定的規模進行了,所以它不是必須從零開始開發的東西。只需要調整當前的體系,增加已有的規模。

楊林林譯自Changes to animal feed could supply food for one billion people,Science Daily,2022-09-19

益生菌組合可提高牡蠣幼體存活率

俄勒岡州立大學的研究人員在最近的一項研究中發現,用特定的益生菌組合處理牡蠣幼體,可以顯著提高他們的存活率。即使只使用一次,益生菌依然可以促進幼體的生長、變態和固著,這意味著除了可以使更多的牡蠣存活過幼體階段,還可以使其在向稚體過渡以及在殼和其他表面固著方面也有更好的表現。這一發現可能是牡蠣養殖的一大福音,因為病原體可以殺死牡蠣幼體,每次損失數十萬美元。

該研究的負責人,俄勒岡州立大學卡爾森獸醫學院助理教授CARLA SCHUBIGER表示,結果肯定超出了預期。幼體存活率提高40%～50%就已經是巨大的成功,但這次,存活率有時會提高80%以上。這對這個行業來說非常重要。抗生素是不允許在孵化場使用的,所以這將是他們可以用來增加產量的首選工具。

貝類在俄勒岡州是一大產業,根據太平洋海岸貝類養殖協會2010年的一份報告顯示,牡蠣每年的銷售額接近500×104美元。牡蠣和人類一樣,機體的整體功能依賴于宿主胃腸道內有益細菌的幫助。這項研究的目的是確定哪種類型的有益細菌最能抵抗殺死牡蠣幼體的致病菌。研究人員說,特別是溶珊瑚弧菌,在海水養殖中很常見,具有極高的致病性,因此,牡蠣養殖需要一種兼顧成本效益的方法來抵御它。俄勒岡州立大學的研究人員培養了幾種天然細菌菌株,并在實驗室條件下篩選他們抵御弧菌的能力,從中選擇出了對致病菌表現最好的菌株。

研究小組在與牡蠣養殖場相似的水條件下培養幼體。當牡蠣孵化24 h后,用不同菌株的益生菌對他們進行處理,首先是單獨處理,然后是最有前途的菌株的組合。48 h后,將幼體暴露于溶珊瑚弧菌。結果是驚人的,與未處理的對照組相比,4種益生菌單菌株處理的存活率平均提高了68%以上,其中一種菌株的存活率提高了99.7%。然后,研究人員用最有前途的單個菌株的組合處理幼體。不同的2株和3株組合可使幼體存活率提高86%。14～16天后,益生菌似乎仍然有效果,經過處理的幼體自然固著率和蛻變為牡蠣稚體的比率明顯高于未經處理的幼體,殼也明顯更大。SCHUBIGER表示,促進牡蠣生長的確切機制尚不清楚,但生長和固著率的提高是在提高存活率之外的一個意想不到的好處。有可能在他們早期發育時影響了一些東西,比如免疫反應,從而讓他們在之后的生長中有更好的表現。

研究小組設想將益生菌做成凍干材料,灑在產卵桶中。在生活史早期進行處理意味著只需要非常少量的益生菌,這使得處理更具成本效益。SCHUBIGER表示,他們下一步是測試與第4種益生菌的結合,并致力于將益生菌與作為牡蠣幼體最初食物來源的微藻一起生長,這樣益生菌就可以從產卵后就一直接觸他們。該研究的主要參與者包括前俄勒岡州立大學農業科學學院的DAVID MADISON、獸醫學院的SPENCER LUNDA、理學院的RYAN MUELLER和農業科學學院的CHRIS LANGDON。研究由NOAA國家海洋基金和Saltonstall-Kennedy基金資助。

楊林林譯自USA: American researchers have created a combination of probiotics to improve the survival of oyster larvae,FIS,2022-10-06

大型金槍魚喜歡讓鯊魚刮擦自己

西澳大利亞大學的海洋生物學家研究發現,鯊魚是大型遠洋性魚類首選的刮擦對象,這有助于改善他們的健康。來自西澳大利亞大學海洋未來實驗室和生物科學學院的博士后CHRIS THOMPSON和JESSICA MEEUWIG教授的這一研究成果發表在《PLOS One》雜志上。

想象你是一尾巨大的黃鰭金槍魚,在離海岸幾英里遠的藍色海洋中無憂無慮地游來游去,直到你開始感到眼睛附近有點癢。也許只是擦傷在愈合,也可能是小甲殼類動物在啃你的皮膚,你會怎么做?你沒有手可以把它摘下來。你身邊沒有清潔工隆頭魚幫你小心翼翼地把它拔下來,就像在珊瑚礁上一樣。研究人員研究了數千小時公海生物生活的視頻,發現了金槍魚和其他魚類是如何解決這個問題的。答案可能是你最想不到的——鯊魚。

大型魚類喜歡和鯊魚擦肩。刮擦很可能是為了去除寄生蟲、死皮和其他刺激物。這些魚是各類寄生蟲的宿主,但他們的生活環境給他們提供了很少的清除選擇。研究記錄了太平洋、印度洋和大西洋中的幾種魚類和鯊魚之間的刮擦互動。發現這些魚類更喜歡在鯊魚身上刮擦,而不是在其他魚身上。體型也很重要,較小的魚很少去和較大的鯊魚刮擦,可能是因為有被吃掉的風險。鯊魚的皮膚是由像小牙齒一樣的結構組成的,被稱做“盾鱗”。它摸起來像砂紙(在前工業時代就被用來做砂紙),因此,它是一個特別適合刮擦的表面。比起身體其他部位,魚類更傾向于刮擦自己的頭部和身體兩側。這是受寄生蟲損害最嚴重的區域,包括眼睛、鼻孔、鰓和身體兩側的側線系統。

研究還發現不同種類的魚在刮擦方式上有所不同。金槍魚很有秩序,排在鯊魚后面,輪流擦著鯊魚的尾巴。紡錘鰤不守規矩,在鯊魚的后半邊形成一個魚群,輪流沖出去撞它的身體。研究人員在分析了數千小時的水下視頻后發現了這一現象,這些視頻是用漂流在海上帶誘餌的攝像機系統拍攝的。他們查看、識別并計數測量了觀察到的所有個體,收集的數據對確定種群趨勢很重要。

楊林林譯自Australia: Large tuna prefer using sharks for scratch themselves,FIS,2022-10-28

海洋變暖并不會縮小所有海洋動物的棲息地

BRAD SEIBEL至今還記得20年前那些聽起來像科幻電影的頭條新聞:“蒙特利灣巨型烏賊入侵”。當時他是蒙特利灣水族館研究所的博士后。這絕不是虛構的。這種歷來生活在更偏熱帶地區的貪吃動物以創紀錄的數量出現在加州中部海域,用鱈魚、巖魚和其他重要商業物種填飽他們的胃,讓當地漁民感到沮喪。科學家們認為他們的到來與氣候變化和過度捕撈有關,但細節尚不清楚。

SEIBEL現在是舊金山大學海洋科學學院的教授和海洋生理學專家,他最近在《自然氣候變化》(Nature Climate Change)雜志上發表了一篇論文,闡明了那些很久以前的頭條新聞,將他在墨西哥加利福尼亞灣20多年來收集的有關動物新陳代謝的信息和7次調查聯系起來,為一些動物如何應對海洋變暖的故事增添了新的篇章。SEIBEL表示,近年來的基本假說是,隨著海洋變暖,含氧量下降,海洋中的動物將被趕出他們的原生棲息地,遷移到更北更涼爽的水域。但這過于簡單化了。并不是所有的海洋動物對環境變化的反應都是一樣的。SEIBEL以前的研究生MATT BIRK參與了這項研究。BIRK現在是賓夕法尼亞州圣弗朗西斯大學的教授。這項研究首次深入研究了氧氣、溫度和垂直遷移動物代謝需求之間的關系,研究包括各種海洋動物,從被稱為磷蝦的微小甲殼類動物到6英尺(約1.83 m,譯者注)長的巨型烏賊。SEIBEL和BIRK通過建模來了解6種磷蝦和巨型烏賊如何對晝夜棲息地的不同參數做出代謝反應。

SEIBEL表示,垂直遷徙與基本假說背道而馳,這種假說主要是基于對沿海動物的研究。隨著海洋變暖,生活在熱帶地區的烏賊和其他垂直遷徙動物可能會向北擴展他們的棲息地,但不一定會離開他們的原生熱帶地區。這可能是20年前發生在蒙特利的事情。厄爾尼諾現象暫時給海岸帶來了溫暖的海水(可以把它看作一個相對短期的氣候變化場景)。溫暖的海水允許烏賊向北擴展活動范圍,在那里他們有了新的食物來源,但是嚴重影響了當地的漁業,盡管在更靠近熱帶的緯度地區食物也很充足。這并不是因為沒有足夠的氧氣,也不是因為南方太熱;在厄爾尼諾現象發生之前,北方的氣候對他們來說太冷了。這是與他們的代謝需求有關的細微差別。垂直遷徙物種與沿海物種的生活方式非常不同,沿海物種生活在大氣混合良好的水域中,氧氣的供應相當穩定。垂直遷徙物種白天生活在深海,那里又冷又黑,氧氣較少,晚上他們會游幾百米到相對溫暖的海面覓食,那里氧氣充足,覓食也更安全。這項研究是一個很好的例子,表明從經過充分研究和易捕捉生物體中得出的結論,可能不適用于所有海洋物種,因為海洋物種生活方式具有多樣性。研究結果表明溫度對垂直遷移物種代謝率的影響是大多數沿海物種的4～5倍。舉例來說,在深海里,烏賊根本不怎么活動。當遷移到較淺的水域覓食時,他們的代謝率會迅速上升。將溫度升高對垂直遷移動物代謝率的影響納入模型,結果表明,到21世紀末,氣候變化將使垂直遷移動物的棲息地向南北擴展10～20°。SEIBEL表示,需要深入研究動物生理學,更好地理解各種物種進化和適應環境條件的方式。

楊林林譯自USA: Warming oceans likely to shrink the viable habitat of many marine animals-but not all,Science Daily,2022-10-18

日本漁業和壽司產業在全球變暖中面臨挑戰

全球變暖導致海洋溫度上升,這對日本的漁業造成了毀滅性的影響。魚越來越瘦了,且正在向北移動。專家警告說,北海道的鮭魚最終會耗盡。在宮城縣鹽釜市,市場上排列著巨大的藍鰭金槍魚,還有成箱的魷魚和比目魚。盡管這個港口城市物產豐富,但漁民和批發商的經驗卻預示著日本料理的黯淡未來。在市場工作的MIKI SEINO指著一條秋刀魚,帶著疲憊的表情說道,與幾年前相比,捕撈量減少了,魚也越來越瘦了。聽說水溫的上升正在影響日本東北地區的漁業。此外,魚的價格也很難上漲。全球變暖導致的海洋環境變化被認為是導致日本魷魚、太平洋鮭魚等漁業捕撈量下降的原因。一團溫暖的海水出現在太平洋的黑潮中,將物種的遷徙產卵路線推向離岸,那里食物稀缺。這導致漁業捕獲量減少,且物種質量降低。

另一方面,高知縣漁民正在大量捕撈高脂肪含量的鰹魚。但這可能是一個“警告”而不是福利。在過去的40年里,該縣拱門灣的冬季海面溫度已經達到了2℃。這意味著魚有更多的食物。然而,從長遠來看,富含礦物質的水不會上升到水面,以其為食的小魚的數量將會減少,導致鰹魚的數量減少。東京大學大氣與海洋研究所教授SHINICHI ITO表示,不斷上升的水溫導致一些魚類,如黃尾魚和馬鮫魚,在與過去不同的地方上岸。這些魚在比10年前更靠北的地方捕獲,可以說是氣候變化的結果。他還說流行的壽司原料鮭魚也面臨著同樣的危機。魚類無法調節自己的體溫,所以他們不得不向北移動。根據SHINICHI ITO對海水溫度變化的模擬,在未來幾十年內,即使是北海道周圍也可能沒有鮭魚。由于這些變化,一些物種的消失將不可避免地影響日本人的飲食。與此同時,這意味著非本地物種將增加。換句話說,它會對扇貝、蛤蜊、牡蠣、螃蟹和蝦的生長產生負面影響。ITO表示,大多數人沒有意識到這個問題有多嚴重。無論2100年后會發生什么,那都是遙遠的未來,不是眼前的問題。SEINO也擔心這種情況會持續很久。最后,他表示,之前只在夏天有魚上市,但現在魚可以從秋天持續賣到冬天。

楊林林譯自Japan: Can lean Japanese fish and sushi survive global warming? FIS,2022-11-23

海龜胚胎性別決定研究取得新進展

研究發現溫度依賴性生物的性別決定中缺失一環。與人類不同,海龜、蜥蜴和其他爬行動物(如鱷魚)沒有性染色體。他們的性別是由環境決定的,這使得他們的性別特別容易受到氣候變化的影響。孵育溫度的升高可能危及兩性繁殖。監測這些物種的性別比至關重要,因為可以評估他們在當前和未來氣候變化下的脆弱性。雖然性別比預測已經取得了很大的進展,但由于缺乏準確和具有代表性的區域群體性別比估計,研究受到了阻礙。其結果是,性別比的計算可能是有偏差的。

佛羅里達大西洋大學與法國巴黎薩克雷大學的研究人員合作,證明了由溫度驅動的關鍵發育過程的時間對于確定海龜胚胎的性別至關重要。他們還首次將最廣泛使用的性別比預測方法的輸出結果與海龜自然孵化的實際性別比進行了比較。他們開發了一種新的方法來綜合研究溫度波動對胚胎性別決定的影響,并比以往的模型在預測性別比上有更高的準確性。這種方法使用新的參數來測量溫度致雄性化或雌性化的強度,這些參數揭示了溫度敏感的性別決定機制是如何工作的。

在這項研究中,研究人員使用了一種結合了生長速率的熱反應范式和生長函數的胚胎生長模型,模擬了紅海龜(CarettaCaretta)胚胎在孵化過程中大小的變化。熱反應范式代表了表型的范圍,即當卵群暴露在不同的溫度或其他不同的環境條件下時產生的性別比。2002—2018年,研究人員在佛羅里達州的6個筑巢海灘記錄了151個紅海龜巢穴孵化期間的總溫度。發表在《生態模型》(Ecological Modelling)雜志上的研究結果表明,孵化環境的溫度可能比目前認識到的更早開始影響性腺的分化。研究結果顯示,溫度影響性別決定有2個關鍵階段,即發育熱敏感期的開始和結束階段。這是發育過程中性別分化不可逆轉的決定時期。該研究的參與者,佛羅里達大學查爾斯E. Schmidt科學學院的生物科學教授JEANETTE WYNEKEN博士表示,與魚類的情況類似,觀察到溫度敏感期發生在性腺組織學分化開始之前,這些性腺組織之后會發展成卵巢或精巢。

研究結果證實了之前的擔憂,即胚胎的性別定向分化為雌性或雄性的熱敏感期與孵化的中間三分之一時間不匹配。在自然界中,孵化溫度并不是恒定的,所以發育的速度也不是恒定的。此外,用孵育時間的中間三分之一時間來估計熱敏期,大大降低了自然巢穴性比估算的準確性。這些發現對于其他具有溫度依賴性性別決定的爬行動物可能是類似的,因為類似的分子決定因素和酶機制在起作用。理論上可導致2種性別均產生50%的溫度被稱為“關鍵溫度”,而產生2種性別的溫度范圍被稱為“過渡溫度范圍”。WYNEKEN表示,鑒于關鍵溫度和過渡溫度范圍僅針對恒定的孵化溫度而定義,當溫度波動時,平均孵化溫度不能被用于可靠的性別比預測。換句話說,必須使用與生物相關度更高的替代物來預測自然群落的性別比。

為了預測孵化性別比,當所關注的物種在成年階段之前沒有外部的性二態時,使用基于溫度的間接方法特別方便。一般來說,海龜的特點是長壽和晚熟,他們在接近性成熟之前不會發生兩性分化。海龜物種通常需要超過25年的時間才能性成熟。研究性別決定具有溫度依賴性的爬行動物中的性別分化熱反應范式將有助于提供與生態相關的孵化性別比估計,這對于評估氣候變化背景下種群的生存能力至關重要。WYNEKEN表示,重要的是,研究結果為溫度依賴性性別決定的作用機制提供了新的見解,并將有助于預測全球瀕危種群的未來前景。該研究的共同作者是巴黎薩克雷大學的JONATHAN R. MONSINJON博士和JEAN-MICHEL GUILLON博士,通信作者為MARC GIRONDOT博士。紅海龜的性別比研究得到了國家拯救海龜基金會、內利根海龜研究支持基金和個人基金的支持。

楊林林譯自USA: New critical period of embryonic sex determination in sea turtles identified,Science Daily,2022-11-15