“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，2024年2月14日發(fā)表的一項最新研究顯示，隨著氣候變化的影響，在北冰洋的孔斯峽灣一帶，大西洋水溫每10年上升2攝氏度，水母數(shù)量激增。而最新的DNA分析揭示了端足類動物食物鏈中新秩序——極夜中，水母竟成為端足類動物食物鏈的關(guān)鍵一環(huán)。這項研究，打破了過去關(guān)于水母常被認(rèn)為是海洋食物鏈的“營養(yǎng)死胡同”的陳見，首次證明水母對于海洋無脊椎動物和魚類來說是重要的獵物。
該研究是在位于挪威的一片海外領(lǐng)地——斯匹次卑爾根島西海岸的孔斯峽灣進(jìn)行的，那里是斯瓦爾巴群島的一處北冰洋海灣，長26公里，寬6~14公里，由克羅內(nèi)布倫冰川和孔斯韋根冰川形成。
孔斯峽灣（Kongsfjorden）在地球上的位置。圖片來源：谷歌地球
北極冬季中水母在食物鏈中的新發(fā)現(xiàn)
由于氣候變化的迅速影響，北極生態(tài)系統(tǒng)正在經(jīng)歷巨大的轉(zhuǎn)變。不僅是因為表面溫度的升高，還有來自大西洋的溫暖水流，它們不斷地涌入北極，改變著整個生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。這也導(dǎo)致了一些來自溫暖地區(qū)的物種，比如水母，進(jìn)入北極地區(qū)。通過使用DNA代謝條形碼技術(shù)，德國的一家極地和海洋研究機(jī)構(gòu)——阿爾弗雷德·魏根研究所（Alfred Wegener Institute）的研究人員首次證明了：這些水母在斯瓦爾巴島的端足類動物（Amphipods）的飲食中起到了更為重要的角色，尤其是在極夜期間。該研究結(jié)果已在《海洋科學(xué)前沿》（Frontiers in Marine Science）科學(xué)期刊發(fā)表。
在過去的幾年里，大西洋中溫、咸水逐漸涌入歐洲北極地區(qū)，對斯瓦爾巴島的影響也變得愈發(fā)顯著。西海岸的孔斯峽灣，已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榇笪餮髿夂蝮w制，而在極夜期間（11月~來年2月），該地區(qū)的水溫每十年上升約2攝氏度。
圖片上圖：斯瓦爾巴群島、孔斯峽灣及紐奧勒松港的一張總體地圖。紅點標(biāo)示了采樣區(qū)域。圖源：挪威極地研究所。
這些變化也導(dǎo)致了生物種類的轉(zhuǎn)變，尤其是一些來自溫暖水域的物種隨著大西洋溫暖水流進(jìn)入北極。
阿爾弗雷德·魏根研究所ARJEL青年研究小組的負(fù)責(zé)人夏洛特·哈弗曼斯（Charlotte Havermans）表示：“特別是一些水母物種傾向于向北極地區(qū)擴(kuò)散?！彼a(bǔ)充道：“當(dāng)我們于2022年在孔斯峽灣度過極夜時，看到峽灣到處都是水母，包括它們中許多還是不同物種和生命周期階段的水母，這著實令我們吃驚?！?/p>
在過去，水母常被認(rèn)為是海洋食物鏈的“營養(yǎng)死胡同”，但最近的研究表明它們對于海洋無脊椎動物和魚類來說，水母也是重要的獵物。
為了回答水母是否在北極其他生物的食物中發(fā)揮作用的問題，該研究團(tuán)隊的博士生安卡瑟琳·迪舍賴特（Annkathrin Dischereit）對各種端足類動物物種的胃里面的東西進(jìn)行了分析。
一個月的時間里，他們利用誘餌陷阱和手網(wǎng)定期采集了極夜期間四個不同的端足類動物物種——Gammarus oceanicus，G. setosus，Orchomenella minuta和Anonyx sarsi——的樣本。
上圖：采樣事件的時間線：每個點代表一個采樣事件；顏色編碼的數(shù)字表示物種名稱和樣本數(shù)量（藍(lán)色：Anonyx sarsi；綠色：Orchomenella minuta；粉色：Gammarus spp.）。方括號中的數(shù)字表示在數(shù)據(jù)整理后剩余并用于分析的標(biāo)本數(shù)量。圖源：Dischereit, Annkathrin, et al.
通過DNA代謝條形碼技術(shù)，阿爾弗雷德·魏根研究所的研究團(tuán)隊確定了這些小型動物的食物譜。這一先進(jìn)的技術(shù)可以檢測到胃中的短基因片段，然后將其與基因參考數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，以確定這些片段屬于哪種被捕食的物種。
哈弗曼斯解釋說：“我們在端足類動物的胃中發(fā)現(xiàn)了大量的水母，從峽灣中最大的水母、到微小的水螅?！?/p>
使用DNA代謝條形碼技術(shù)，阿爾弗雷德·魏根研究所的團(tuán)隊能夠確定和分類已經(jīng)被消化得很充分的水母、以及其他生物的軟組織。
“我們首次證明了：端足類的食腐動物以水母殘余為食。這以前只在實驗環(huán)境中展示過?！惫ヂ拐f。
所有研究的物種，都以植物和動物為食。除了水母外，甲殼動物和大型藻類也是某些物種的重要組成部分，而魚類物種（如北極鱈魚或螺魚）對其他物種也起著重要作用。
端足類動物是否以魚的卵、幼蟲、腐肉或糞便為食，尚待進(jìn)一步澄清。研究還需確定水母在冬季是否只是作為生存食物，或者在所有季節(jié)中都是這些生物的常規(guī)獵物。
哈弗曼斯表示：“我們一直認(rèn)為水母的營養(yǎng)價值較低，但這僅對少數(shù)幾種物種進(jìn)行了調(diào)查，而且還取決于利用的組織?！?/p>
這項研究為北極在極夜期間的食物鏈提供了全新的見解，并且是水母在這些食物鏈中的作用的第一手自然非實驗性證據(jù)。哈弗曼斯總結(jié)說：“在冬季孔斯峽灣中繁榮多樣的水母群體顯然是食物來源。直到現(xiàn)在，我們對水母在這一地區(qū)作為獵物的角色一無所知。以前也不知道Gammaridea這個物種是否在北極地區(qū)以及其他地方都以水母為食?！爆F(xiàn)在的問題是，這是否僅適用于極夜期間，當(dāng)食物供應(yīng)有限時。
阿爾弗雷德·魏根研究所的ARJEL青年研究小組希望繼續(xù)研究這個問題。因為：“水母可能是氣候變化的贏家之一，它們在全球變暖的過程中將繼續(xù)擴(kuò)散。我們還預(yù)測，隨著溫度的繼續(xù)上升，水母在北極地區(qū)將變得更加普遍?！惫ヂ拐f。因此，它們在食物鏈中的作用可能變得越來越重要。然而，迄今為止，我們對此的了解在極地地區(qū)特別有限。“通過這項研究，我們揭示了迄今為止未知的北極食物鏈中的關(guān)鍵聯(lián)系。這是基礎(chǔ)性的，因為我們需要了解水母在快速變化的北極地區(qū)的食物鏈中的作用以及它們?nèi)绾螖U(kuò)散。這也適用于鄰近的陸地海域，因為全球10%的漁業(yè)在這些區(qū)域進(jìn)行?！?/p>
海洋與濕地·小百科
端足類
端足類（學(xué)名：Amphipoda），又稱為片腳類，是一類沒有甲殼、身體兩側(cè)扁平的目級甲殼動物。它們的學(xué)名意為“不同的足”，這是因為它們具有多樣的附屬肢形態(tài)。端足類的身體分為頭部、胸部和腹部，共有13節(jié)，頭部與胸部融合，具有兩對觸角和一對復(fù)眼。這一類動物長約1~340毫米，棲息在水域和潮濕的陸地環(huán)境中，總共有7000個物種，其中5500個屬于鉤蝦亞目，其余分布在其他2~3個亞目中。
端足類的身體特征包括八對單肢附足，其中第一對是輔助口器的，鰓位于胸節(jié)，循環(huán)系統(tǒng)是開放的，有心臟負(fù)責(zé)將血青蛋白運送至身體組織。它們的觸角上有特殊的腺用于控制鹽分的吸收和排泄。腹部分為前尾和后尾，前尾有游泳肢，后尾有尾節(jié)和三對腹足，形成不會組成尾扇的結(jié)構(gòu)。端足類的大小范圍廣泛，一般短于10毫米，但最大的活體可達(dá)28厘米，生活在太平洋5300米深處。它們的大小受溶氧供應(yīng)的限制，不同海拔和水深的環(huán)境中，端足類的體長也有差異。這類動物的繁殖過程包括雌性具有育幼袋，可以帶著受精卵直至孵化。卵直接孵化為幼生，經(jīng)過6次脫殼后達(dá)到性成熟。一些物種在脫殼后，會吃掉自己的殼。
上圖：Bodyplan of an amphipod ? Hans Hillewaert / CC BY-SA 4.0
孔斯峽灣
孔斯峽灣（Kongsfjorden）是位于挪威斯瓦爾巴群島的一處海灣，屬于斯匹次卑爾根島（Spitsbergen）上的一個峽灣。斯瓦爾巴群島是挪威的一個海外領(lǐng)土，位于北極地區(qū)，孔斯峽灣是該群島最著名的峽灣之一。
思考題 | 舉一反三
Q1.隨著大西洋溫暖水每十年上升2攝氏度，你認(rèn)為，北極冬季水溫升高對于端足類動物的食物鏈結(jié)構(gòu)會帶來怎樣的生態(tài)平衡變化？數(shù)據(jù)顯示這一變化的趨勢如何？
Q2. 在上面文章中提到，DNA代謝條形碼技術(shù)揭示了端足類動物食物鏈中水母的重要角色。在這一發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，你認(rèn)為水母作為端足類動物的食物是否會對北極地區(qū)其他生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生連鎖效應(yīng)？有無相關(guān)數(shù)據(jù)支持這一假設(shè)？
Q3.孔斯峽灣水溫上升導(dǎo)致水母數(shù)量激增，這一趨勢是否與氣候變暖有直接關(guān)系？有無數(shù)據(jù)支持溫暖水母在北極地區(qū)的逐漸普及？水母在北極冬季食物鏈中的新發(fā)現(xiàn)可能對全球漁業(yè)產(chǎn)生影響，你覺得，這對全球漁業(yè)的未來有何可能的挑戰(zhàn)、或機(jī)遇？有無實證數(shù)據(jù)支持這一猜測？
END
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新聞源 | Frontiers in Marine Science, Phys.org，Wikipedia等
編譯 | 王芊佳
審核 | Linda
排版 | 綠葉
【參考資料】
Annkathrin Dischereit, Jan Beermann, Benoit Lebreton, Owen S. Wangensteen, Stefan Neuhaus, Charlotte Havermans. DNA metabarcoding reveals a diverse, omnivorous diet of Arctic amphipods during the polar night, with jellyfish and fish as major prey. Frontiers in Marine Science, 2024; 11 DOI: 10.3389/fmars.2024.1327650
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2024.1327650/full
Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research. "The role of jellies as a food source in the Arctic winter." ScienceDaily. ScienceDaily, 14 February 2024. <www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240214122657.htm>.
https://en.wikipedia.org/wiki/Kongsfjorden
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