海洋酸化是指由于海水過(guò)量吸收大氣中的CO2而引發(fā)pH值下降的化學(xué)變化。自工業(yè)革命以來(lái)，海洋大約吸收了人類(lèi)向大氣排放CO2中的1/3，海水pH值下降了0.1。隨著大氣中CO2體積分?jǐn)?shù)持續(xù)增高，海洋吸收CO2的量也在不斷增加，最終改變了海洋自身碳酸鹽的化學(xué)平衡，使依賴(lài)于化學(xué)環(huán)境穩(wěn)定性的多種海洋生物乃至生態(tài)系統(tǒng)面臨巨大威脅。
海洋酸化是全球變暖之外的另一場(chǎng)危機(jī)。數(shù)據(jù)表明，海洋酸化正在加速進(jìn)行。海洋酸化不利于碳酸鈣物質(zhì)形成，這意味著硨磲以及其他帶殼類(lèi)海洋生物將面臨著失去外殼和骨骼的滅頂之災(zāi)，主要影響方面包括生物的產(chǎn)卵受精，孵化，早期發(fā)育，鈣化，酸堿調(diào)節(jié)，免疫功能，蛋白質(zhì)合成，基因表達(dá)，攝食及能量代謝等一系列和生理相關(guān)的機(jī)能，進(jìn)而對(duì)個(gè)體行為學(xué)，種群結(jié)構(gòu)和海洋生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害。
圖1 海洋酸化過(guò)程（引自David Fierstein）
近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室喻子牛研究員團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所和廣東海洋大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)，就硨磲幼貝對(duì)海洋酸化反應(yīng)及其機(jī)制開(kāi)展研究的成果 Assessment of the juvenile vulnerability of symbiont-bearing giant clams to ocean acidification在國(guó)際期刊Science of The Total Environment發(fā)表。
什么是硨磲？
硨磲(Giant clam)是一類(lèi)熱帶海洋貝類(lèi)，主要分布在印度洋、西太平洋等珊瑚礁海域。在我國(guó)，主要硨磲物種包括庫(kù)氏硨磲（Tridacna gigas）、無(wú)鱗硨磲（T. derasa）、鱗硨磲（T. squamosa）、長(zhǎng)硨磲（T. maxima）、諾瓦硨磲（T. nova）、番紅硨磲（T. crocea）以及硨蠔屬的硨蠔（Hippopus hippopus）和瓷口硨蠔（Hippopus porcellanus）。其中庫(kù)氏硨磲體型極大，一般體長(zhǎng)1.3米，體重最大可達(dá)300千克，是世界上最大的雙殼貝類(lèi)，有“貝王”的稱(chēng)號(hào)。硨磲是珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中主要框架物種，對(duì)于維持珊瑚礁生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定起到關(guān)鍵作用，為眾多海洋生物提供了棲息地、保護(hù)地、繁殖和索餌場(chǎng)所，具有極其重要的生態(tài)價(jià)值。
圖2 我國(guó)南海分布的硨磲種類(lèi)
硨磲最獨(dú)特的生物學(xué)性狀是它的營(yíng)養(yǎng)方式——通過(guò)外套膜上共生的蟲(chóng)黃藻利用無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行光合作用，獲得生長(zhǎng)和呼吸所需營(yíng)養(yǎng)。硨磲與蟲(chóng)黃藻共生，蟲(chóng)黃藻利用硨磲排出的代謝廢物和CO2為原料進(jìn)行光合作用，合成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，糖類(lèi)，蛋白質(zhì)等提供給硨磲；而硨磲則給它提供玻璃暖房式的“住所”、庇護(hù)以及光合作用原料，二者互惠互利、不離不棄。因此，硨磲又被稱(chēng)為“光合動(dòng)物”。
圖3 硨磲與蟲(chóng)黃藻“不離不棄”的共生關(guān)系
由于海洋環(huán)境變化（全球變暖，海洋酸化等），以及我國(guó)海域管理措施的落后，硨磲的資源受到嚴(yán)重的破壞，如庫(kù)氏硨磲在我國(guó)南海幾乎絕跡，無(wú)磷硨磲也極為罕見(jiàn)，其他硨磲大多處于瀕危境地。海洋pH的變化對(duì)硨磲影響極大，牢牢“扎根”的硨磲毫無(wú)招架之力，尤其是它們體內(nèi)的蟲(chóng)黃藻對(duì)酸堿度非常敏銳，稍有變化就會(huì)出現(xiàn)蟲(chóng)黃藻丟失。蟲(chóng)黃藻一旦丟失，硨磲就失去了鐵飯碗，進(jìn)而影響到生命。因此，探索硨磲對(duì)海洋酸化的反應(yīng)及應(yīng)對(duì)機(jī)制，不但有助于揭示硨磲應(yīng)對(duì)該過(guò)程的響應(yīng)機(jī)理，還可為全球氣候變化下硨磲種群恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。
硨磲如何適應(yīng)海洋酸化？
研究人員在中國(guó)科學(xué)院熱帶海洋生物實(shí)驗(yàn)站培育了鱗硨磲幼貝。待硨磲幼貝六個(gè)月的時(shí)候，研究人員隨機(jī)挑選了平均大小為2.59 cm的200個(gè)硨磲幼貝開(kāi)展為期六周的海洋酸化模擬實(shí)驗(yàn)。通過(guò)結(jié)合硨磲幼貝生長(zhǎng)和存活、鈣化測(cè)定、蟲(chóng)黃藻光合速率、蟲(chóng)黃藻密度以及高通量測(cè)序手段，探索了硨磲寶寶在組織、生理和分子層面對(duì)海洋酸化的響應(yīng)和反應(yīng)機(jī)制。
圖4 硨磲酸化實(shí)驗(yàn)流程
結(jié)果顯示，在6周的海洋酸化過(guò)程中，硨磲幼貝的生長(zhǎng)和存活與正常海水相差無(wú)幾，說(shuō)明硨磲寶寶可以耐受適度酸化環(huán)境。雖然在生長(zhǎng)性狀上沒(méi)有太多改變，然而，在生理層面，硨磲鈣化率即殼生長(zhǎng)速率顯著性降低，表明硨磲幼貝對(duì)海洋酸化的具有鈣化生理敏感性。由于酸化脅迫的影響，硨磲外套膜中共生的蟲(chóng)黃藻開(kāi)始丟失，大量的蟲(chóng)黃藻開(kāi)始逃逸，這也直接導(dǎo)致了蟲(chóng)黃藻光合速率的降低，影響了能量供應(yīng)。在海洋雙殼類(lèi)動(dòng)物中，對(duì)環(huán)境壓力在分子水平反應(yīng)發(fā)生在任何表型和生理變化之前，可以推斷分子過(guò)程如何在更高的生物組織水平上表現(xiàn)出來(lái)。因此，通過(guò)比較轉(zhuǎn)錄組和差異表達(dá)基因的比較分析表明，硨磲幼貝可以通過(guò)調(diào)節(jié)代謝抑制、鈣穩(wěn)態(tài)、生物礦化以及離子通道等關(guān)鍵基因的表達(dá)以應(yīng)對(duì)海洋酸化的影響。
圖5 硨磲對(duì)海洋酸化的胞內(nèi)適應(yīng)性反應(yīng)示意圖
綜上所述，該研究通過(guò)結(jié)合硨磲幼貝、蟲(chóng)黃藻生理生化反應(yīng)和高通量轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，全面探究了硨磲早期生活階段響應(yīng)海洋酸化的機(jī)制，對(duì)于硨磲的人工繁育、種群恢復(fù)以及資源保護(hù)具有重要的理論依據(jù)。
來(lái)源：中科院南海海洋研究所
