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为探究环境变化对长腹水蚤(Salpa thompsoni)生殖途径的影响,研究人员在南极半岛地区开展研究。结果发现其生殖途径有顺序性原生雌雄同体(SPH)和重叠性原生雌雄同体(OPH),且受环境调控。该研究对理解其种群动态及适应环境变化意义重大。
在广袤无垠的海洋世界里,浮游被囊动物是一群极为特殊且重要的存在,它们在海洋生态系统中扮演着关键角色,对生物量、物质循环以及碳封存都有着重要意义。长腹水蚤(Salpa thompsoni)作为其中一员,有着复杂的生活史,其生殖方式为顺序性原生雌雄同体(Sequential Protogynous Hermaphroditism,SPH),通常雌性先发育成熟,受精产卵后再转变为雄性。然而,科学家们在研究中发现,似乎有一些神秘因素在影响着长腹水蚤的生殖过程,其生殖途径是否真的如此 “按部就班”?在不同的海洋环境下,长腹水蚤的生殖又会发生怎样的变化?这些疑问驱使着科研人员展开深入研究。
为了解开这些谜团,来自加拿大英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)、德国奥尔登堡大学(Carl von Ossietzky University of Oldenburg)和德国阿尔弗雷德?魏格纳极地与海洋研究所(Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research)等机构的研究人员,把目光聚焦在南极半岛地区。他们对长腹水蚤的种群展开研究,重点关注在不同水体环境中其发育阶段的变化情况。
研究人员通过一系列关键技术方法获取研究数据。在样本采集方面,2018 年 3 - 5 月,他们搭乘 RV Polarstern 号科考船,使用 2.5m2 的 Isaacs - Kidd 中层拖网(网目 0.5mm),在 58 个站点进行采样,采集了不同发育阶段的长腹水蚤样本 。同时,利用 CTD Seabird 设备在每个站点向下投放至 500m 深度,获取环境数据,不过在本研究中仅使用了夜间长腹水蚤聚集的表层环境数据。此外,对长腹水蚤样本进行详细的生物学分析,包括计数、性别鉴定、发育阶段划分以及测量口 - 肛长度(Oral - Atrial Length,OAL)等。
研究结果主要包括以下方面:
- 海洋环境特征:研究涉及的三个区域呈现出不同的海洋学特征。南设得兰群岛北部(NSSI)地区受南极绕极流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)影响,平均海表温度和叶绿素 a 浓度最高;布兰斯菲尔德海峡 / 迪塞普申岛(BS/DI)地区主要受 ACC 南支影响,与南极沿岸流有一定混合,平均海表温度最低,但叶绿素 a 浓度与 NSSI 地区相似;象岛(EI)地区是 ACC 水团和南极沿岸流、威德尔海水团的混合区域,海表温度与 BS/DI 地区相近,但叶绿素 a 浓度最低。这三个区域可大致描述为暖且多产(NSSI)、冷且多产(BS/DI)和冷且少产(EI)。
- 长腹水蚤发育动态:在 BS/DI 和 NSSI 地区,长腹水蚤的发育符合经典模式,其发育与体长密切相关,雄性(M 阶段)在体长 26 - 30mm 时开始出现,体长约 34mm 时达到 50%,体长 41 - 43mm 时所有个体均为雄性,且 M 阶段在释放小卵生体后出现。而在 EI 地区,情况截然不同。雄性睾丸在早期的长腹水蚤(如 2 期、体长 14mm 时)就开始出现,体长 26mm 时 50% 的个体睾丸处于不同发育阶段,体长 37mm 时所有个体都可归类为雄性,还观察到一些个体同时具有胚胎和完全发育的睾丸。
研究结论和讨论部分表明,环境因素对长腹水蚤的生殖途径有着重要影响。研究发现长腹水蚤在某些条件下会偏离传统的 SPH 模式,出现雄性睾丸重叠发育的情况,即重叠性原生雌雄同体(Overlapping Protogynous Hermaphroditism,OPH)。OPH 出现在较冷且生产力较低的水域,而 SPH 出现在温暖或寒冷但生产力较高的环境中。这意味着食物的可获取性可能会抵消水温降低对暖水长腹水蚤生殖发育的影响。虽然目前还不能完全确定胚胎和睾丸平行发育的具体触发机制,但推测低温和低食物可利用性可能是原因。并且,研究的形态学证据与基因研究结果相符,进一步挑战了对长腹水蚤生殖过程的传统认知。此外,这种生殖途径的变化对长腹水蚤在南极海洋的种群动态和分布有着重要意义。在海洋变暖的趋势下,向 OPH 途径的转变可能有助于长腹水蚤在高南极地区建立种群。这一研究成果发表在《Scientific Reports》上,为深入理解长腹水蚤的生殖生物学和海洋生态系统提供了重要依据,也为后续研究海洋环境变化对生物生殖的影响指明了方向。