近日，上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院朱國平研究團(tuán)隊(duì)與美國歐道明大學(xué)量化漁業(yè)生態(tài)學(xué)中心（Centerfor Quantitative Fisheries Ecology, Old Dominion University）Julian R. Ashford副教授、澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)海洋與極地研究所（Institute for Marine and Antarctic Studies, University of Tasmania）Sophie Bestley博士和Andrea Walters博士等合作，在國際海洋學(xué)頂級(jí)期刊——湖泊與海洋（Limnology and Oceanography）在線發(fā)表了題為“Otolith chemistry of Electrona antarctica suggests a potential population marker distinguishing the southern Kerguelen Plateau from the eastward-flowing Antarctic Circumpolar Current”的研究論文。該論文是朱國平團(tuán)隊(duì)繼2018年在國際海洋環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域主流期刊——海洋環(huán)境研究（Marine Environmental Research）之后再次利用耳石微化學(xué)技術(shù)揭示南極中層魚類關(guān)鍵種——南極電燈魚（Electrona antarctica）的種群標(biāo)記特性，進(jìn)一步夯實(shí)了耳石微化學(xué)技術(shù)在南極魚類種群結(jié)構(gòu)劃分以及生物-物理相互作用的應(yīng)用基礎(chǔ)，為相關(guān)研究提供了技術(shù)與操作標(biāo)準(zhǔn)。
與其他大洋相比，由于特殊的地理環(huán)境和惡劣的氣候條件限制，棲息在南大洋的魚類種類和數(shù)量十分有限，且這些魚類主要以低多樣性和高特有性為特征?？紤]到這些魚種具有較高的生態(tài)作用和極高的科學(xué)研究價(jià)值，南極魚類受到了廣大科研人員的諸多關(guān)注，這其中就包括全球海洋中層魚類中資源量較高的魚種——燈籠魚科魚類。
南極電燈魚為棲息于南極的燈籠魚科中數(shù)量最多、資源量最為豐富且分布最廣的魚種，并具有一定的商業(yè)價(jià)值。該魚種因其體表大量的發(fā)光器而得名。該魚種仔魚分布于斯科舍海、東南極拉扎列夫海以及印度洋和太平洋扇區(qū)的高緯度海區(qū)，而成魚則主要分布于西南極斯科舍海南奧克尼群島及南設(shè)得蘭群島等周邊海域以及斯科舍海南側(cè)海域，東南極凱爾蓋朗海臺(tái)周邊水域也有大量分布；仔魚及成魚重疊分布于南喬治亞島及布韋島交匯處（圖1）。從管控南大洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要流系——南極繞極流（Antarctic Circumpolar Current，ACC）角度來看，南極電燈魚種群分布區(qū)域北至亞熱帶鋒（SubTropical Front, STF），南至南極繞極流南鋒（Southern ACC Front，SACCF）和南極繞極流南界（Southern Boundary，SB）以南水域，種群結(jié)構(gòu)與南極繞極流鋒面存在極為密切的關(guān)系。南極電燈魚在南大洋生態(tài)系統(tǒng)中有著極為重要的生態(tài)作用，尤其在南大洋生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵物種——南極磷蝦（Euphausia superba）資源量分布較少的海區(qū)或資源量處于較低水平的年份，南極電燈魚在生態(tài)功能上可替代南極磷蝦的關(guān)鍵作用，為南極生態(tài)系統(tǒng)中的頂級(jí)捕食者，如海豹、企鵝、鯨魚以及飛鳥等提供能量來源。但相對(duì)于南極磷蝦而言，南極電燈魚因其商業(yè)價(jià)值較低等原因而受到較少的關(guān)注，這進(jìn)一步導(dǎo)致關(guān)于該魚種的種群動(dòng)力學(xué)、生活史過程以及資源量等方面的研究極為有限。
南極電燈魚資源分布概率圖
魚類耳石是一種角霰石結(jié)晶，主要由碳酸鈣與有機(jī)質(zhì)組成，其中碳酸鈣占耳石總質(zhì)量的90% 以上，有機(jī)質(zhì)則占1%～9%等，另外耳石中還包含不到1%的微量元素。魚類耳石中微量元素的組成和含量與周圍環(huán)境水體中的元素密切相關(guān)，但水環(huán)境中的元素沉積在耳石中是一個(gè)極為復(fù)雜的過程。水體中的元素由魚類的鰓或消化道先吸收并進(jìn)入血液，之后通過血液細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)，使水體中的元素被血液攜帶進(jìn)入內(nèi)耳淋巴液，最后通過結(jié)晶作用使其沉積在耳石中。耳石中的微量元素沉積后就會(huì)穩(wěn)定存在，沉積于耳石中的元素可以完整地記錄魚類出生至被捕獲時(shí)所經(jīng)歷的環(huán)境變化（如溫度、鹽度以及化學(xué)元素組成等）?；诖?，將耳石微量元素分析與水環(huán)境特征相結(jié)合，研究人員就可以賦予耳石元素的指紋圖譜以時(shí)間序列信息，用以還原魚類原有的棲息環(huán)境，以此研究魚類的早期生活史、洄游環(huán)境史，判別魚類種群結(jié)構(gòu)，指征環(huán)境污染及生理指標(biāo)等。
南極電燈魚耳石截面（a）以及全耳石（b）
為了探究魚類耳石微化學(xué)技術(shù)在南極魚類，尤其是南極電燈魚種群結(jié)構(gòu)上的適用性和應(yīng)用前景，朱國平教授研究團(tuán)隊(duì)首先利用耳石對(duì)南極電燈魚的年齡進(jìn)行了判定。不同于其他海域的魚類，南極魚類耳石因水溫較低、夏季較短以及光照時(shí)間較短等因素影響而使得輪紋的沉淀規(guī)律不明顯。此外，魚類耳石樣本的獲取也是開展相關(guān)研究的重要障礙。為此，研究團(tuán)隊(duì)與澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)合作，利用廣泛接受的耳石信息分析手段，挑戰(zhàn)了國際上普遍認(rèn)為“南極電燈魚僅能存活3年”的結(jié)論，研究認(rèn)為南極電燈魚甚至可以存活到8年以上，相關(guān)工作已在海洋學(xué)領(lǐng)域著名期刊——深海研究II：海洋學(xué)專題研究（Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography）上在線發(fā)表。為了進(jìn)一步夯實(shí)相關(guān)結(jié)論，目前研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)與來自波蘭、澳大利亞、美國以及南非等國的科研人員開展深入合作研究。
耳石微化學(xué)指標(biāo)對(duì)南極凱爾蓋朗海臺(tái)不同海區(qū)南極電燈魚種群的指示
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)東南極凱爾蓋朗海臺(tái)周邊水域南極電燈魚耳石微化學(xué)開展研究。在結(jié)合物理海洋學(xué)、生物海洋學(xué)以及魚類生物學(xué)與生態(tài)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，研究團(tuán)隊(duì)分析了南極繞極流主要鋒面——南極繞極流南鋒、南極繞極流南界、南極陸坡鋒以及凱爾蓋朗海臺(tái)本地的小鹿海槽流對(duì)南極電燈魚種群的隔離作用，并進(jìn)一步探究繞極深層水（Circumpolar Deep Water，CDW）對(duì)南極電燈魚生活史過程產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明，結(jié)合南極電燈魚耳石微化學(xué)與采樣區(qū)域的海洋學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)，可以確定不同屬性水體的南極電燈魚耳石微化學(xué)特征，耳石微化學(xué)特征信息可作為南極電燈魚種群結(jié)構(gòu)劃分的標(biāo)記。研究結(jié)果進(jìn)一步顯示，南極陸坡鋒有效地將南極繞極流流域與南極陸坡區(qū)域的南極電燈魚種群隔離開來，而南極繞極流流域與凱爾蓋朗海臺(tái)上的南極電燈魚種群結(jié)構(gòu)存在較為明顯的差異，并由此推斷凱爾蓋朗海臺(tái)存在南極電燈魚自我維持的產(chǎn)卵場(chǎng)和產(chǎn)卵群體。耳石中鎂鈣元素比值（MgCa-1）為南極電燈魚種群劃分提供了良好的化學(xué)標(biāo)記。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，在南極繞極流管控南大洋生態(tài)系統(tǒng)的背景下，魚類耳石微化學(xué)技術(shù)有助于解析南大洋魚類種群結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性以及環(huán)極連通性，并進(jìn)一步在闡析南極海洋生物-物理相互作用上發(fā)揮作用，有效拓寬了生物海洋學(xué)的研究范疇。評(píng)審專家對(duì)該研究給出了極高的評(píng)價(jià)，“該研究為影響凱爾蓋朗海臺(tái)南側(cè)水域南極電燈魚種群結(jié)構(gòu)和連通性的生物-物理參數(shù)提供了令人興奮的探索，為當(dāng)?shù)睾Ｑ髮W(xué)提供了極好的背景知識(shí)，也為所設(shè)定的假設(shè)提供了先進(jìn)的生物-物理驗(yàn)證”。
該研究團(tuán)隊(duì)碩士研究生段咪為論文第一作者，朱國平教授為通訊作者，美國歐道明大學(xué)量化漁業(yè)生態(tài)學(xué)中心（Centerfor Quantitative Fisheries Ecology, Old Dominion University）Julian R. Ashford副教授、澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)海洋與極地研究所（Institute for Marine and Antarctic Studies, University of Tasmania）Sophie Bestley博士和Andrea Walters博士、研究團(tuán)隊(duì)成員碩士研究生尉曉英為共同作者。該研究工作得到了國家自然基金項(xiàng)目（41776185）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFC1406801）、中國科協(xié)中澳青年科學(xué)家交流項(xiàng)目（2020ZZGJB060926）、澳大利亞南極科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目（AAS4344）、澳大利亞研究理事會(huì)南極門戶伙伴關(guān)系特別研究動(dòng)議（SR140300001）以及澳大利亞研究理事會(huì)發(fā)現(xiàn)早期職業(yè)生涯研究員獎(jiǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（DE180100828）等的資助。
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