貽貝殼多孔化對海洋生態(tài)的威脅：美東海岸120年變遷分析

貽貝是重要的海洋生態(tài)系統(tǒng)工程師，它們在維持健康海洋生態(tài)系統(tǒng)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它們是許多海洋生物的食物來源，包括魚類、螃蟹、蝦和海鳥等等；它們的空殼，還能為小型無脊椎動(dòng)物、以及其他生物提供附著和棲息的場所。它們的身體能夠過濾水中的浮游生物和顆粒物，還可以幫助穩(wěn)定海岸線，防止侵蝕。

“海洋與濕地”（OceanWetlands）注意到，根據(jù)一項(xiàng)美國自然歷史博物館的最新研究，研究人員發(fā)現(xiàn)過去120年來，美國東海岸沿線貽貝殼的多孔性增加，可能是由于海水變暖所致。這項(xiàng)研究分析了現(xiàn)代貽貝殼 vs 博物館歷史收藏中標(biāo)本的比較。這項(xiàng)研究于2024年4月17日發(fā)表在了《PLOS ONE》期刊上。

美國東海岸是一個(gè)重要的商業(yè)和生態(tài)學(xué)上的地區(qū)，有著重要的貽貝種群，其中包括藍(lán)貽貝（Mytilus edulis）。從生態(tài)學(xué)角度來看，藍(lán)貽貝通過濾食改善水質(zhì)，同時(shí)通過形成礁和提供棲息地來維護(hù)海岸的穩(wěn)定。然而，和許多海洋鈣化生物一樣，海洋變暖和酸化對這些生物造成了越來越大的威脅，影響它們的形態(tài)和功能。博物館的收藏品，在評估長期環(huán)境對生物的影響方面非常有用，特別是在自然多重應(yīng)激環(huán)境中，可以考慮適應(yīng)和適應(yīng)能力。這項(xiàng)研究利用了來自美國自然歷史博物館收藏的標(biāo)本，涵蓋了從20世紀(jì)初到現(xiàn)在時(shí)期，展示了貝殼多孔性隨時(shí)間的變化。

上圖：研究中使用的博物館收藏的歷史和現(xiàn)代貽貝殼樣本選擇。（圖片來源：Daniel Kim/ 美國自然歷史博物館）

該研究的首席作者、美國自然歷史博物館教學(xué)碩士項(xiàng)目的Kathryn W. Davis博士后研究員Leanne Melbourne表示：“貽貝在許多方面都非常重要：它們?yōu)榻柑峁⒌?，過濾水質(zhì)，在風(fēng)暴期間保護(hù)海岸，并且在商業(yè)上也很重要——我喜歡貽貝，許多人也是如此。人為環(huán)境變化正在威脅貽貝和其他軟體動(dòng)物形成貝殼的能力，我們需要更好地了解未來可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)。”

此前對藍(lán)貽貝（Mytilus edulis）的研究利用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)探究了海洋變暖和酸化對這些重要的海洋無脊椎動(dòng)物的形態(tài)和功能的影響。Melbourne利用了博物館的大型雙殼類收藏品，這些收藏品可追溯到19世紀(jì)末，以追蹤自然環(huán)境中的環(huán)境變化。

該研究的科學(xué)家們從馬薩諸塞州、康涅狄格州、新澤西州和紐約州等地的潮間帶采集了貽貝殼。為了涵蓋不同年代，他們采集了三個(gè)時(shí)期（1890-1915、1961-1963、2021-2023）的樣本，并確?，F(xiàn)代樣本經(jīng)過了清洗和干燥處理。根據(jù)水域相似性和地理位置，將采集貽貝殼的點(diǎn)位劃分成了五個(gè)地點(diǎn)，分別為納翰特灣、科德角南端、長島海灣尖端、長島海灣西部和紐約港。研究人員還利用再分析數(shù)據(jù)分析了這些地點(diǎn)的季節(jié)性海表溫度和鹽度變化。

上圖：采樣地點(diǎn)和位置圖。圖片來源：Leanne A. Melbourne, Nathalie F. Goodkin

在貝殼形態(tài)研究上，他們使用數(shù)字卡尺測量了所有樣品的長度、高度和寬度。另外，他們還利用計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT) 儀器掃描了部分貝殼右側(cè)殼瓣，并通過軟件計(jì)算其表面積和體積。為了量化貝殼的形狀差異，他們運(yùn)用了幾何形態(tài)測量學(xué)方法，提取了貝殼輪廓的幾何信息并進(jìn)行主成分分析 (PCA)。研究人員將左側(cè)殼瓣嵌入環(huán)氧樹脂中切割，并拋光制備薄片，在顯微鏡下測量了整個(gè)殼體厚度以及方解石和文石層的厚度。他們還計(jì)算了平均厚度、最大厚度以及方解石百分比等參數(shù)。他們還使用改進(jìn)的浮力重量法測量了貝殼的表觀孔隙率、堆積密度和微密度。在統(tǒng)計(jì)分析上，研究人員使用R軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，檢驗(yàn)了不同地點(diǎn)和時(shí)期樣本之間的差異。他們還進(jìn)行了主成分分析，將多個(gè)變量結(jié)合起來分析貝殼整體形態(tài)的差異。通過這些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y量和分析方法，研究人員可以評估貽貝殼的形態(tài)、厚度和密度等特征如何隨時(shí)間和環(huán)境變化而發(fā)生改變，從而揭示氣候變化和其他因素對貽貝生長和海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。

研究結(jié)果、及解讀

研究發(fā)現(xiàn)，今天收集的貽貝殼比20世紀(jì)60年代收集的貽貝殼更多孔，也比一些早期收集的地點(diǎn)的貽貝殼更多孔，這表明溫度升高可能導(dǎo)致了多孔性的增加。自1902年以來，北大西洋的季節(jié)性溫度增加了最多達(dá)3攝氏度（5.4華氏度），但這種變暖并不均勻，這可能解釋了歷史標(biāo)本中多孔性變化的一些差異。北大西洋濤動(dòng)的影響也是一個(gè)因素，它在20世紀(jì)60年代帶來了比預(yù)期更冷的水溫。

多孔性已知會(huì)影響軟體動(dòng)物貝殼的結(jié)構(gòu)完整性，使貝殼變得更脆弱，可能更容易受損。需要進(jìn)一步研究以確定溫度變化，特別是如何影響這些貽貝種群。

這項(xiàng)研究雖然沒有明確指出導(dǎo)致孔隙率增加的具體原因，但推測可能與水溫上升有關(guān)。文章指出，過去 150 年來，海水溫度一直在上升，這可能導(dǎo)致貽貝為了生長消耗更多能量，從而降低用于貝殼形成的能量，最終導(dǎo)致孔隙率增加。這項(xiàng)研究揭示了海水變暖對貽貝殼多孔性的影響，同時(shí)也指出，未來需要深入研究貽貝種群在材料科學(xué)水平上發(fā)生的變化。

上圖：各種各樣的貝殼的標(biāo)本（攝于國家動(dòng)物博物館）。攝影：Linda ?綠會(huì)融媒·海洋與濕地

該研究指出，貝殼多孔性的變化差異與過去130年來北大西洋的變暖情況非常吻合，這表明變暖導(dǎo)致了貝殼多孔性的變化。然而，還需要進(jìn)一步研究，以確定地方環(huán)境的影響和完全確定多孔性變化的驅(qū)動(dòng)因素。由于已知多孔性會(huì)影響貽貝礁的結(jié)構(gòu)完整性，隨著時(shí)間推移多孔性的增加可能會(huì)對貽貝礁的結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生負(fù)面影響，從而影響棲息地的形成和風(fēng)暴防御能力。

不過，文章也提到了一些其他可能的影響因素，例如工業(yè)化進(jìn)程導(dǎo)致的硫磺氣溶膠排放增加，以及北大西洋濤動(dòng) (NAO) 的變化，這些都可能在一定程度上影響貽貝殼的孔隙率。

有趣的是，這項(xiàng)研究并沒有發(fā)現(xiàn)貽貝殼的形狀或厚度受到溫度明顯的影響。這與歐洲貽貝的研究結(jié)果有所不同。這可能表明美國東海岸的貽貝對溫度和鹽度的變化比歐洲貽貝更不敏感，也可能是因?yàn)橘O貝將更多的能量用于維持殼的形狀和厚度，從而影響了孔隙率。

文章還討論了另外一個(gè)可能的原因：海水酸化。海水酸化會(huì)降低海水酸堿度，從而影響貽貝的生長速率和貝殼的形成。然而，這項(xiàng)研究并沒有發(fā)現(xiàn)貽貝殼的厚度受到明顯影響，這可能意味著貽貝能夠在一定程度上適應(yīng)海水酸化的影響。

文章最后指出，由于缺乏詳細(xì)的環(huán)境數(shù)據(jù)，目前很難確定究竟是海水變暖、海水酸化，還是兩者共同作用導(dǎo)致了貽貝殼孔隙率的增加。進(jìn)一步的研究可以通過監(jiān)測貽貝生長環(huán)境或進(jìn)行人工養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)等方式來進(jìn)行。

思考題 | 舉一反三

貽貝殼變得多孔化可能帶來一系列不利影響，可能使貽貝在面對外界沖擊和捕食者時(shí)變得更加脆弱，增加了其生存風(fēng)險(xiǎn)；還可能影響貽貝的生態(tài)功能，如生態(tài)系統(tǒng)中的過濾作用和礁形成能力，因?yàn)槎嗫谆赡芙档土速O貝的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性。此外，隨著殼的多孔化，還可能影響貽貝種群的穩(wěn)定性，從而影響其在生態(tài)系統(tǒng)中的角色和生態(tài)服務(wù)的提供。所以說，貽貝殼多孔化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康和功能可能帶來負(fù)面影響，值得進(jìn)一步研究和關(guān)注。讀完這篇文章，讓我們來思考這樣的幾個(gè)問題：

Q1. 研究人員還可以通過哪些方法來研究貽貝殼對環(huán)境變化的反應(yīng)？

Q2. 為什么貽貝殼的多孔性會(huì)增加？是海水溫度升高的唯一因素嗎？

Q3. 過去120年來，東海岸沿線貽貝殼的變化如此明顯，這是否預(yù)示著未來貽貝生存面臨更大的挑戰(zhàn)？那么，人類如何能夠采取措施，減緩海洋變暖對貽貝和其他海洋生物的不利影響？

END

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編譯 | Wendy

審核 | 綠茵

排版 | Sara

參考資料略