研究简介:鱼类在早期生命阶段的生存取决于多种因素的有利组合，包括海洋学、气候和生物因素。鱼卵、胚胎和幼鱼由于缺乏游泳能力，容易受到环境影响，导致高死亡率。气候变化对仔鱼生存的影响特别令人关注，特别是海洋酸化（OA）现象。OA可能通过扰乱酸碱平衡，影响鱼类早期生命阶段的生理、能量或行为。研究显示，鱼类幼体的皮肤和鳃离子细胞在维持酸碱平衡中起着重要作用。这些离子细胞的功能与成体鱼类相似，对于理解早期生命阶段的生存至关重要。对OA影响的研究发现，尽管仔鱼暴露于高pCO2环境会引起耳石增大和神经行为改变，但仔鱼和成鱼都能通过调整酸碱平衡来维持血液pH值。此外，水产养殖设施在研究和渔业管理中发挥着重要作用，特别是在为实验提供鱼类方面。Hubbs-海洋世界研究所通过其循环水族箱系统（RAS）为研究提供了重要支持，包括与Scripps海洋研究所的合作，研究了高pCO2对白海鲈幼体的影响。本研究进一步探讨了高pCO2环境下白海鲈仔鱼的生理响应，包括酸碱机制的调整和能量消耗的变化。研究方法包括分析皮肤离子细胞、NKA丰度、静息氧消耗率测试（unisense微呼吸系统）和体长，以及对亲鱼条件的回顾性分析，以更好地理解OA对鱼类早期生命阶段的影响。


Unisense微呼吸系统的应用


使用Unisense MicroRespiration系统和SensorTrace Rate软件（Unisense）测量了白鲈幼体仔鱼的静息O2消耗率（rOCR）。从每个容器中取出十个白鲈仔鱼，将五个仔鱼的两个副本组放入两个含有来自相应容器的海水的4毫升玻璃微呼吸室中。通过浸入水浴，将微呼吸计室中的海水维持在18℃，并使用玻璃嵌入式微磁子以600 rpm的速度搅拌。鉴于它们的体型小，常常对仔鱼群体进行OCR测量。经过10分钟的适应期后，每秒测量一次室内的O2浓度，持续50分钟。每15分钟观察一次仔鱼的行为，持续1分钟。在只含有海水的室内测量背景微生物呼吸速率。将O2浓度随时间的线性回归的斜率视为每组五个仔鱼的rOCR。对每个容器进行两次测量，取平均值，并减去背景微生物呼吸。通过将群体的rOCR除以五，估算出单个仔鱼的rOCR。对这些基于个体的rOCR（μL O2 ind−1 h−1）估计值进行了统计分析。


实验结果


探讨了海洋酸化（OA）对白鲈（Atractoscion nobilis）幼体生长和离子调节能力的影响。研究中使用控制条件（pCO2为542±28μatm）和升高条件（pCO2为1831±105μatm）分别培育了白鲈的卵和幼体，持续至受精后五天。通过Na+/K+-ATPase（NKA）酶的免疫检测确定了皮肤离子细胞。与控制组相比，暴露于升高pCO2的幼鱼具有显著更多的皮肤离子细胞数量和密度。然而考虑到离子细胞的大小时，相对离子细胞面积（作为总离子调节能力的代理）没有改变。同样在5 dpf时，控制组和实验组幼鱼的相对NKA含量、静息氧气消耗率和总长度之间没有差异，也没有在2至5 dpf期间相对离子细胞面积和总长度变化的速率方面的差异。

图1、实验幼体白鲈的总长度。对照（黑色，圆圈）和OA暴露（红色，三角形）幼虫(A)受精后5天的总长度（t(10)=0.4717；p=0.6473），以及(B)2至5天内的总长度受精后（F(1,20)=0.6512；p=0.4292）没有显著差异。

图2、暴露于对照或OA条件下的白鲈幼虫的生理反应。(A)离子细胞数量(t(16)=2.223；p=0.0410)，(B)离子细胞密度(t(16)=4.106；p=0.0008)，(C)离子细胞大小(t(16)=1.843；p=0.0840)、(D)相对离子细胞面积(t(16)=0.5161；p=0.6129)和(E)相对Na+/K+-ATPase丰度（t(14)=1.297；p=0.2156）受精后5天的幼虫暴露于对照（黑色，圆圈）或OA（红色，三角形）条件。(F)受精后2至5天白鲈幼体的相对离子细胞面积((1,20)=0.1689；p=0.6855）。星号表示alpha水平为0.05时的显著性。

图3、暴露于对照或OA条件下的白鲈幼虫的皮肤离子细胞。代表性图像显示幼虫中Na+/K+-ATPase免疫染色的皮肤离子细胞。(A–D)对照治疗；(E–H)OA暴露治疗；dpf=受精后天数。

图4、使用unisense微呼吸系统测试白鲈幼体的耗氧率。在50分钟内测量了来自EXP 1的白鲈幼体（5只为一组）的耗氧率，并将其显示为时间的函数。在对照组（黑色，圆圈）和OA暴露（红色，三角形）处理中饲养的幼体之间，未检测到耗氧率存在显著差异（t(14)=0.0918；p=0.928）。

图5、在收集白鲈幼体前的3.5年中，监控了白鲈幼体鱼缸的水质。图（A）显示了pH值，图（B）显示了pCO2。右上角的红箭头标识了收集鱼卵的日期。(A)pH和(B)pCO2。


结论与展望


本探索目的是通过探索白鲈幼体生理学的其他方面来扩展这些形态和行为观察。研究表明白鲈幼体在面对未来一个世纪预测的高pCO2条件（约为2000μatm）时，相对于离子细胞面积（RIA）、NKA含量、相对氧气消耗率（rOCR）（unisense微呼吸系统测试获得）和长度等方面并未显示出明显的差异。这说明白鲈幼体似乎能够适应海洋酸化（OA），而不会出现在离子输送能力、能量消耗或生长方面的重大变化。然而，深入分析发现了一些潜在的新效应，例如离子细胞大小的变化，提示有必要进行更详细的研究，以深入了解海洋鱼类幼体的基本生理学。这些研究还揭示了关于其在应对海洋酸化和多重压力时的能量分配，以及通过亲本效应、发育可塑性和自然选择实现的跨代适应的需求。最终，强调了通过与水产养殖设施（如HSWRI）的合作，继续推动对海洋酸化对鱼类影响的理解。本研究提供了有关白鲈幼体对海洋酸化的响应的深入了解，并强调了亲本曝露历史对幼体的影响可能是值得关注的因素。