渔业科技前沿

水产养殖有潜在的环境效益

新的研究表明,水产养殖或水生动植物的养殖导致全球淡水和海洋生态系统的生物多样性和栖息地丧失,但如果正确地利用,它也可以成为解决问题的方案。

墨尔本大学的研究人员在《保护生物学》(Conservation Biology)杂志上发表了文章,确定了水产养殖的12种潜在生态效益,包括物种恢复、栖息地修复和保护以及清除过多的物种。研究的主要作者,墨尔本大学的KATHY OVERTON表示,水产养殖的潜在环境效益多年来一直不为人知。世界上大多数人生活在淡水或海洋生态系统附近,依靠他们作为食物、娱乐、文化和生计的来源。然而,人类对淡水和海洋生态系统的影响正在使重要的栖息地退化,并导致生物多样性迅速下降。虽然众所周知某些类型的水产养殖所导致的负面影响,但也可以将其作为一种工具来减缓或阻止这些负面影响,并帮助恢复在20世纪退化的生态系统。

OVERTON解释说,每年有数百万吨养殖的鱼、虾、贝和海藻被当作食物。当以特定的方式或地点养殖时,其中一些工业化养殖生产是对环境有益的。在近岸养殖的海藻和贝类可以去除城市或农业废水中多余的营养物质,降低有毒藻类大量繁殖的可能性。这些有毒藻类大量繁殖会杀死鱼类和其他本地生物。此外,研究人员发现,自然资源保护主义者正在开发新的水产养殖技术来恢复及保护物种和栖息地。世界上最大的保护组织——大自然保护协会(The Nature Conservancy,TNC)率先使用水产养殖来恢复退化的海洋生态系统。澳大利亚大自然保护协会的SIMON BRANIGAN博士表示,水产养殖是重建失去的贝类珊瑚礁过程的关键部分,通过投放健康的牡蛎和贻贝幼体来启动珊瑚礁恢复。贝类丰富的珊瑚礁创造了巨大的生态效益,他们是许多海洋物种的重要栖息地,而且改善了水质。如果没有水产养殖,人类将很难恢复这些失去的海洋栖息地,并完成这项重要的保护工作。

水产养殖还被用于帮助恢复世界各地脆弱或濒危的鱼类种群,方法是将人工养殖的鱼类“重新放回”到他们的栖息地。OVERTON表示,类似北美白鲟(white sturgeon)、印度黄鳍结鱼(golden mahseer)和澳大利亚澳洲麦氏鲈(Macquarie perch)等鱼类的物种恢复计划,正试图恢复野生种群以防止灭绝。研究的参与者,墨尔本大学的LUKE BARRETT博士说,水产养殖也可以用来取代野生濒危动物的捕捞。大多数淡水水族物种现在是人工养殖的,这意味着可以在不导致脆弱的野生物种过度捕捞的情况下,在家庭水族箱里就可以饲养鱼类。然而,海洋水族馆中的许多物种,如小丑鱼和珊瑚,仍然是从珊瑚礁中采集的。世界各地的研究人员也在开发这些物种的养殖方法,减轻野生种群的压力。

研究小组强调了使用可衡量成功指标的重要性。墨尔本大学教授TIM DEMPSTER表示,高标准的“生态有益”证据可以减少“洗绿”的可能性,即水产养殖企业可能声称提供了生态效益,但实际上并不存在。希望确保水产养殖业从业者在声称他们的渔场创造了生态效益之前先监测他们的生态影响。因为某类水产养殖虽然做了一些有益的事情,但并不意味着它会给环境整体带来有利影响。在决定某件事是否对生态有益时,衡量整体影响是很重要的。研究人员表示,随着水产养殖在淡水和海洋中的扩张,人们有机会避免在陆地养殖时所犯的导致栖息地和生物多样性丧失的错误。DEMPSTER教授希望重新定义水产养殖是什么以及它能做什么,并向人们展示如何将其作为一种工具,为子孙后代保护水生生态系统和生物多样性。

杨林林译自Australia: New research reveals 12 ways aquaculture can benefit the environment,FIS,2023-03-01

卫星在监测水产养殖和渔业可持续发展中发挥重要作用

卫星可以从空间角度监测环境,提供水生生态系统健康状况的全面信息。卫星可以用来探测水温、盐度和氧气水平的变化。这些数据可用于查明水产养殖和渔业被过度开发的地区,从而更有效地管理资源。卫星还可以用来探测水质的变化,如污染物或藻华的存在。这些数据可用于确定水质正在恶化的地区,以便人们及时采取干预措施保护水生生态系统。卫星还可以用来探测土地利用的变化,如森林砍伐或沿海开发。这些数据可帮助人们确定水产养殖和渔业受到人类活动威胁的地区。最后,卫星可以用来探测鱼类丰度的变化。这些数据可用于确定鱼类种群减少的地区,从而更有效地管理资源。总的来说,卫星在监测水产养殖和渔业的可持续发展中发挥着越来越重要的作用。通过卫星全面分析水生生态系统的健康状况,有助于负责任和可持续地管理资源。

事实证明,卫星是跟踪鱼类洄游和种群管理的有效工具。在卫星的帮助下,科学家和渔业管理人员可以实时观察鱼类种群的活动,为了解鱼类种群及其栖息地的健康状况提供宝贵的数据。与传统的跟踪方法相比,基于卫星的鱼类种群跟踪方法有几个优点。首先,它可以监测大面积的海洋和沿海水域。这对于追踪迁徙物种特别有用,因为他们一生中可能会覆盖很长的活动距离。基于卫星的跟踪还提供了有关鱼类种群大小和组成的详细信息。这些数据可为制定渔业管理规定提供信息,例如,设定捕捞限额和建立禁渔区域。利用卫星还可以监测可能影响鱼类资源的环境条件。例如,卫星数据可用于跟踪海洋温度、盐度和洋流的变化,这些变化可能对鱼类种群的健康产生重大影响。最后,基于卫星的跟踪可以帮助识别非法捕捞活动。通过监测渔船的活动,管理部门可以发现可疑活动并采取行动保护鱼类资源。总的来说,利用卫星跟踪鱼类洄游和种群管理已被证明是渔业管理人员的一项有效工具。通过提供有关鱼类种群的大小和组成以及环境条件的详细信息,基于卫星的跟踪有助于鱼类种群的可持续性。

卫星在支撑可持续渔业和水产养殖方面发挥着越来越重要的作用。通过卫星提供有关海洋温度、洋流和其他环境条件的详细信息,有助于渔业和水产养殖从业者更好地了解和管理其资源。例如,卫星数据可用于跟踪鱼类洄游模式,使渔业可针对特定区域并优化其捕捞量。有助于减少副渔获量,确保不会过度捕捞任何特定物种。卫星还可用于监测海洋温度,这可能对鱼类的生长和存活产生重大影响。通过跟踪海洋温度,渔业和水产养殖从业者可以更好地了解鱼类所处的环境条件,并相应地调整其作业方式。此外,卫星可用于监测珊瑚礁的健康状况,珊瑚礁是许多鱼类的重要栖息地。通过卫星跟踪珊瑚礁健康状况的变化,渔业和水产养殖从业者可以更好地了解其作业对环境的影响,并做出相应改变,从而确保不会对环境造成任何损害。最后,卫星可支撑发展中国家水产养殖的发展。包括监测养殖场的状况,确定适合水产养殖的地区,并提供有关水和饲料等资源的信息。总的来说,卫星在支持发展中国家的可持续渔业和水产养殖方面具有巨大的潜力。只要对技术培训进行适当的投资,就可以实现并利用这一潜力,这有助于水生生态系统的长期健康和依赖这些生态系统的社区生计。

杨林林译自Poland: The role of satellites in monitoring aquaculture and fisheries for sustainable practices,FIS,2023-05-29

新模型能够预测全球所有鱼类的性状

科学家们现在可以预测世界上所有已知鱼类的生长、生存和繁殖策略。特定物种为适应其生态位和环境而发展的特征组合构成了其生活史策略。由JIM THORSON领导的一个国际团队在NOAA阿拉斯加渔业科学中心开发了一个新模型。该模型使用33个特征,包括大小、生长、繁殖、亲代照顾、寿命等,将34 000多种鱼类划分为3种主要策略类型。基于研究较透彻的物种性状之间的关系来预测数据缺乏的物种的生活史策略。研究结果将为基于生态系统的渔业管理提供信息,帮助预测气候变化的后果,并促进人类对进化关系的理解。THORSON表示,由于科学资源有限,之前只能评估世界各地捕获鱼类的一小部分。现在有了这个模型,可以预测所有其他鱼类的性状和策略。这些信息对于设定可持续的捕捞限额和预测应对环境变化的反应至关重要。

一个物种的性状是由它过去经历的环境塑造的,也是预测它未来将如何应对环境变化的关键。体型、亲代抚育水平和寿命等性状反映了物种在生长、繁殖和生存之间做出的权衡。THORSON表示,物种的所有性状都是这些因素之间权衡的结果。孔雀鱼寿命短,但繁殖得早且频繁;鲨鱼能活20年;岩鱼几十年后才开始产卵,却能活100年。自20世纪90年代以来,研究人员将鱼类分为3种主要的生活史策略。机会主义物种在不稳定的环境中定居。他们成熟早,后代少,亲代照顾少。周期性物种利用更稳定的环境,比如有季节变化的环境。他们成熟较晚,生育很多后代,很少提供亲代照顾。平衡物种在高度稳定的竞争和捕食的环境中茁壮成长。他们成熟晚,后代少,亲代照顾水平高。此次研究首次将所有描述的鱼类分配到这3种策略中。关于物种性状和生活策略的准确信息对于设定可持续捕捞限额和预测对环境变化的反应至关重要。THORSON表示,种群评估中最困难的部分是设定生物参考点。一个物种有多少,可以捕捞多少?人们需要知道他们繁殖的速度有多快,他们对环境变化有多敏感。了解其性状和生活策略为现在和未来的可持续捕捞提供了一个参考点。了解鱼类的性状是渔业资源评估改进的必要条件,但并不是所有物种的所有特征都可以评估。这项研究填补了这些空白。

该模型包括33个变量,涵盖了全球34 000多种已知鱼类的生命周期、繁殖、大小和行为等特征。利用评估过的物种特征之间的关系,预测了其他物种缺失的特征。科学家们使用这种方法从数据丰富的鱼类那里提取数据,用于数据贫乏的鱼类。THORSON表示,研究人员将这种方法扩展到生活史理论。然后,利用这些特征将所有鱼类划分为3种生活策略类别。他们模拟了温度升高对鱼类群落的影响;创造了迄今为止最完整的“生命树”(记录了所有物种从最近的祖先进化而来的时间),其中包括硬骨鱼和鲨鱼。研究进化的科学家们已经为此努力了几十年。这是科学家们第一次看到所有物种在生长和繁殖之间做出的权衡,及其对他们在不断变化的环境中生存的意义。研究改进了评估和预测气候影响,加强了对进化的理解,其应用和益处不可估量。该模型为准确评估可持续捕捞量提供了更多信息,从而实现更有效的渔业管理。人们可以测量鱼类的大小,并从中预测每年可持续捕捞的比例。如果知道某些鱼会保护它的幼鱼,或者它生活在深海环境中,就会给出更多关于可以捕捞比例的信息。它还增强了人们对鱼类特有的性状组合的理解。例如,为什么有些鱼类对后代的照顾更多。案例研究与最近的理论预测一致,即成年后体型较小的鱼类更有可能保护他们的幼鱼。THORSON表示,当成鱼变小时,他们的后代体型也会变小。在这一点上,他们必须更好地照顾后代。模型也证实了这一点。

这种认知可以防止在种群评估中使用极不可能或生物学上不可信的性状组合。例如,它将防止估算过程中大体型与高死亡率的结合。该模型提高了预测气候变化影响的能力。除了提高对许多物种特征的认识外,它还提供了在生态系统模型中同时包括数百种鱼类的能力。结果表明,在进化时间尺度上,温度每升高1℃,鱼类死亡率平均增加3.5%,繁殖力平均下降3%(间接影响最大年龄和最大体长)。该模型目前正在阿拉斯加用于改进对岩鱼自然死亡率的估计。岩鱼很小,但寿命很长,这不是人们通常所理解的。他们之所以能保持短小,是因为发育出了像脊椎这样的防御系统。模型捕捉到了他们这方面的生活策略,也可以在世界范围内用于更多缺乏数据的物种。该模型已被联合国粮食及农业组织、国际海洋考察理事会等组织使用。THORSON表示,这个模型不仅适用于鱼类,还具有广泛的相关性,也可以对螃蟹、珊瑚或章鱼进行研究。还可以用于陆地生态系统,观察昆虫、哺乳动物和鸟类,也可以用来结合实验和观察来研究进化。科学家已经用它来了解性状如何影响栖息地选择。性状是基因影响适应性的方式,所以研究性状是整个生命之树的核心。

杨林林译自USA: For the first time, scientists can predict traits for all fish worldwide,FIS,2023-04-07

科学家揭示章鱼和鱿鱼的适应性进化

2项新的研究通过追踪共同祖先神经元的谱系描述了章鱼和鱿鱼不同感知能力的路径。

章鱼和乌贼等头足类动物从蛞蝓和蜗牛等软体动物进化而来。这些动物的触腕中有复杂紧凑的神经系统,可以执行令人惊讶的多种行为。那么这些动物是如何从有壳的软体动物进化成行为复杂生物的?在《自然》(Nature)杂志上发表的2项独立研究中,来自哈佛大学BELLONO实验室和加州大学圣地亚哥分校YAN HIBBS实验室的研究人员发现了一些线索,重点关注头足类动物的神经系统如何适应海洋环境。他们描述了这些动物如何利用腕上的一个化学触觉受体进行家族进化,并从中一窥这种功能变化如何在进化过程中适应环境。

在第一篇论文中,研究人员描述了章鱼如何重新利用祖先的神经递质受体来感知外部环境。他们发现章鱼的化学触觉受体是由乙酰胆碱神经递质受体进化而来的,这与人类的神经肌肉连接处的受体相同。然而,章鱼的受体并没有传感神经递质,而是具有重要的适应性,可以感知附着在表面的相对不溶性的油腻分子。分子和细胞生物学系副教授NICHOLAS BELLONO表示,他们用腕通过触摸来“品尝”,依赖触觉对海底裂缝进行水下探索。研究小组确定了章鱼化学触觉受体的三维结构,并将其与乙酰胆碱受体进行了比较,以研究它如何从其祖先在神经传递中的作用转变过来。这2个受体的整体结构看起来很相似。在谈到又大又粘的表面时,BELLONO表示,章鱼受体的结合部位,虽然与祖先的神经递质附着在一个相似的地方,但却非常不同,其受到进化选择的压力。这解释了像章鱼这样的动物如何通过微妙地改变部分蛋白来创造新的受体和行为功能,从神经传递转变为环境化学感觉,比如嗅觉或味觉。

与他们的近亲章鱼相比,鱿鱼是伏击捕食者,用8条触腕和2条长长的触腕穗来捕捉毫无防备的猎物。他们不是用腕探测物体表面,而是抓住猎物,把它卷进去捕食。 在第二篇论文中,研究人员发现鱿鱼的化学感受器更类似于人类的味觉。鱿鱼的感受器已经适应了感知苦味分子。如果鱿鱼感觉到了苦味,它可能会认为这是有毒的或不受欢迎的,并会释放它的猎物。研究小组再一次发现人类神经递质受体和鱿鱼受体之间的主要区别在于结合部位。BELLONO表示,在这种情况下,鱿鱼受体比章鱼少,他们看起来更像神经递质结合部位,可以结合更多的亲水分子。章鱼和鱿鱼之间的这种差异反映了进化时间表和适应性,这里看到了从乙酰胆碱受体的神经传递到鱿鱼的可溶性苦味,再到章鱼不溶性分子的接触味觉的最新发现。

2020年,BELLONO团队首次报道了章鱼通过腕上的化学反应受体来探索环境。综合而言,这2篇新论文为理解微妙的结构适应如何驱动适合动物特定生态环境的新行为提供了基础,如头足类受体的结构适应。头足类动物是研究进化的绝佳模型。这些研究提供了一个很好的和意想不到的例子,说明如何利用这些生物来研究从分子到个体水平的生物进化和创新。

杨林林译自USA: Taking a lesson in evolutionary adaptation from octopus, squid,FIS,2023-04-14

气候变化全方位影响北欧

气候变化将改变北欧海域的生态系统和渔业资源。一份题为《北欧海域的气候变化影响》报告是北欧部长理事会发起的北欧气候情景项目的第一份报告。挪威海洋研究所GEIR OTTERSEN教授表示,提交给联合国气候小组的报告是全面、彻底和重要的,同时也提供了整个世界的气候概览。OTTERSEN教授领导了该项目,来自挪威海洋研究所和北欧合作伙伴的一些海洋科学家也为该项目做出了贡献。

OTTERSEN解释说,北欧海域具有与其他海域不同的特点,这使得他们格外脆弱。因此,研究北欧的气候变化以及它将产生什么后果至关重要。这项工作为北欧国家的决策者提供了重要的科学基础。报告指出,各个北欧海域都面临着重大挑战。其中,气候变化对北极地区的影响最大。全球最大的变化预计将发生在巴伦支海、格陵兰岛最北端、冰岛海和挪威海。这些海域一年中大部分时间都非常寒冷,被冰覆盖,生态系统已经适应了这一点。当北极发生变化时,对生态系统的影响将非常大。气候变化对不同物种的影响是不同的。对鳕鱼 (cod)和黑线鳕 (haddock) 来说,巴伦支海稍微变暖是个好消息,而北极鳕 (polar cod)等北极物种将陷入困境。

北海(North Sea)所面临的主要挑战是“所有挑战的总和”。这是世界上承受压力最严重的海域之一。OTTERSEN表示,这里有许多不同的商业活动,而且生活在海域周边的人数众多。气候变化影响已经很明显。在波罗的海,物种多样性正面临着严峻的压力。这里的营养供应水平过高,加上氧气太少,盐度过低,鳕鱼和鲱鱼等物种无法茁壮成长。气候变化会加剧这种情况。在这份报告中,科学家们研究了各区域关于气候变化的“间接错误”,比如海平面上升和海洋变暖。在一些地方,海水的盐度也会降低。问题是北欧地区并不是一个整体。例如,由于陆地隆起引起的海平面上升,仅在挪威海岸就会看到其造成的明显不同的后果。在上一个冰河时代,大量的冰给北欧陆地带来了巨大的压力。当冰层消失后,陆地缓慢上升,在一些地方,这种情况仍在继续。但是适用于奥斯陆地区的模式并不适用于韦斯特兰海岸。西部的海平面会比东部上升得更多。

对浮游生物而言,温度升高会把一种生物挤出去,而另一种生物会占优势。北海中微小但重要的浮游动物飞马哲水蚤(Calanusfinmarchicus)的命运就是一个明显的例子。几十年来,它缓慢但确定地被自己的“表亲”——另外一种哲水蚤(C.helgolandicus)打败了。当海水变暖时,后者比前者生长得更好。他们看起来非常相似,只有专家才能区分。这产生了巨大的连锁反应。GEIR OTTERSEN表示,飞马哲水蚤是北海鳕幼鱼最重要的食物。而其“表亲”的营养价值较低,而且出现得时机太晚,不能成为鳕鱼幼鱼优质的食物。这意味着北海已经很脆弱的鳕鱼种群变得更加糟糕。这是一个海洋温度升高导致生存能力下降的例子,因为鱼类的生长时间不再与海洋中其食物最多的时间相吻合。

北欧研究人员希望这份全新的报告能给政府提供一个做出明智决定的基础,但研究工作还没有结束。在这份报告中,研究人员总结了当下所知道的大部分情况。在项目后续研究中,还会产生新的知识。在先进模型和历史数据的帮助下,科学家们将“重现过去”,研究海洋和沿海地区在历史上是如何演变的。然后,进一步利用这些知识,对未来如何发展形成更清晰的图景。

杨林林译自Norway: This is how climate change will affect in the Nordics,FIS,2023-03-02

沿海物种在公海上依靠漂浮塑料碎片生存

大量的沿海海洋无脊椎动物已经在公海定居,他们现在可以在公海中生存和繁殖,且占浮游群落组成的很大比例。史密森环境研究中心(Smithsonian Environmental Research Center,SERC)和夏威夷大学马诺阿分校的一组研究人员在《自然生态与进化》(Nature Ecology and Evolution)杂志上发表了这一发现。

研究人员在北太平洋亚热带环流东部超过70%的检测塑料碎片上发现了沿海物种,他们代表了不同的分类群体和生活史特征。此外,碎片携带的沿海物种多于公海海洋物种。研究报告的主要作者,SERC助理研究员LINSEY HARAM表示,这一发现表明,由于漂浮塑料在亚热带环流中积累,通过数百万年建立起来的海洋生态系统之间的生物地理界限正在迅速改变。研究人员直到最近才发现这些“新深海群落”的存在,即深海中的漂浮群落。为了解漂浮在海洋垃圾上群落的生态和物理过程,SERC和夏威夷大学马诺阿分校组成了一个多学科的漂浮海洋生态系统(FloatEco)团队。夏威夷大学马诺阿分校主持了物理海洋学的评估,SERC进行了生物和生态方面的研究。

这项研究中,FloatEco团队分析了海洋清理组织2018年和2019年在覆盖北太平洋大部分地区的北太平洋亚热带环流探险期间收集的105个塑料样本。野外工作依靠个人志愿者和非政府组织的参与。研究人员非常惊讶地发现了37种不同的通常生活在沿海水域的无脊椎动物,是发现的公海物种类别的3倍多。他们不仅在塑料上生存,而且还繁殖。HARAM对沿海物种轻易占领新的漂浮物留下了深刻的印象,他们正在进一步研究这一观察结果。研究结果表明,沿海生物现在能够在公海中繁殖、生长和生存,创造一个以前不存在的新群落,由不断扩大的海洋塑料碎片维持。SERC高级科学家GREGORY RUIZ表示,这是沿海无脊椎动物分布和扩散障碍的范式转变。

虽然科学家们已经知道生物会在海洋塑料碎片上定居,包括一些沿海物种,但科学家们直到现在才意识到,建立起来的沿海群落可以在公海中持续存在。这些发现确定了人类对海洋造成了一种新的影响,描述了以前不为人知的规模和潜在后果。夏威夷群岛东北部与北太平洋垃圾带相邻。夏威夷大学马诺阿分校海洋与地球科学与技术学院的高级研究员NIKOLAI MAXIMENKO表示,到达夏威夷海滩和珊瑚礁的碎片大部分来自这个垃圾带上脱落的碎片。过去,这些岛屿脆弱的海洋生态系统因为与亚洲和北美沿海社区距离很远而得到保护。在夏威夷附近的北太平洋亚热带环流中持续存在的沿海物种是一个改变游戏规则的因素,这些岛屿被入侵物种“殖民”的风险越来越大。此次研究体现了一个巨大的知识差距,对快速变化的公海生态系统的理解仍然有限。RUIZ表示,这表明需要大力加强公海观测系统,包括生物、物理和海洋垃圾测量。

杨林林译自USA: Coastal species persist on high seas on floating plastic debris,Science Daily,2023-04-17

弧菌、马尾藻和海洋塑料垃圾组成了完美“病原体”

一项新的研究揭示了马尾藻、海洋塑料垃圾和弧菌细菌之间的相互作用如何创造出完美的“病原体”,对海洋生物和公共健康都有影响。弧菌细菌普遍存在于全球水域,是与海洋环境有关的人类死亡的主要因素。例如,被称为食肉菌的创伤弧菌(Vibriovulnificus),有时可以因食用海鲜而导致危及生命的食源性疾病,也可以因开放性伤口感染而导致疾病和死亡。自2011年以来,马尾藻(Sargassum),一种自由生活的棕色大型藻类,在马尾藻海和大西洋马尾藻带等其他公海海域迅速扩张,海滩上出现了频繁和异常的海藻堆积事件。此外,最初在马尾藻海表层水域中发现的海洋塑料垃圾,由于其比海洋环境中的天然基质在海洋中的存留时间长数十年,已成为全球关注的问题。

目前,人们对马尾藻与弧菌的生态关系知之甚少。此外,基因组和宏基因组一直缺乏关于定植于海洋塑料垃圾和马尾藻中的弧菌是否可能感染人类的证据。随着夏季的到来,人们正在努力寻找创新的解决方案来重新利用马尾藻,这些基质是否会对公众健康构成三重威胁? 来自佛罗里达大西洋大学(Florida Atlantic University,FAU)的研究人员和合作者对从鳗鱼幼体、海洋塑料垃圾、马尾藻以及从北大西洋加勒比海和马尾藻海域收集的海水样本中分离出的16个弧菌品种的基因组进行了完全测序。他们发现弧菌病原体具有“粘”在微塑料上的独特能力,这些微生物可能正在适应塑料。塑料是一种大约在50年前被引入海洋环境的新元素。该研究的主要完成人,FAU的Habor Branch海洋研究所和Harriet L. Wilkes荣誉学院的生物学助理教授TRACY MINCER博士表示,实验室的工作表明,这些弧菌极具攻击性,可以在几分钟内寻找并粘附在塑料上。他们还发现微生物对塑料的附着机制与病原体使用的机制相同。

发表在《水研究》(Water Research)杂志上的这项研究结果表明,公海弧菌代表了一个至今未被描述的微生物群体,其中一些代表了潜在的新物种,混合了病原体和低营养物质的基因,生活在中上层,可定植于基质和宿主。利用宏基因组组装基因组(metagenome-assembled genome,MAG),这项研究首次发布了来自塑料碎片的弧菌属的基因组。该研究强调了与霍乱和非霍乱细菌菌株密切相关的脊椎动物病原体基因。培养品种的表型检测证实了快速生物膜形成、溶血性和脂溶酶活性,符合致病潜力。研究人员还发现最初在霍乱弧菌中发现的封闭带毒素或“Zot”基因,是一种增加肠道通透性的分泌毒素,也是他们发现的弧菌中保留和选择最多的基因。这些弧菌似乎是从肠道进入,停留在肠道里,并以这种方式进行感染。另一件有趣的事情是,研究人员发现了一组被称为“Zot”的基因,它导致了肠漏症,例如一条鱼吃了一块塑料并被其感染,会导致肠道漏水和腹泻。它将释放营养物质,如氮和磷酸盐,可能会刺激马尾藻和其他周围生物的生长。研究结果显示,这种环境下生长的一些弧菌有一种“杂食”的生活方式,以植物和动物宿主为目标,同时具有在低营养条件下存活的能力。随着人类-马尾藻-海洋塑料垃圾互动的增加,这些基质相关的微生物菌群可能含有强大的致病菌。重要的是,一些基于培养的数据显示,搁浅的马尾藻含有大量的弧菌。在这一点上,没有人真正考虑过这些微生物和他们引起感染的能力。研究人员想让公众意识到这些相关的风险。特别是,在对风险进行更彻底的探讨之前,应该对马尾藻的收获和加工持谨慎态度。

杨林林译自USA: Perfect ’pathogen’ storm:Vibriobacteria,Sargassumand plastic marine debris,Science Daily,2023-05-18

海洋变暖加剧珊瑚体内病毒的爆发

在南太平洋进行的一项为期3年的开创性研究发现,海洋变暖会引发“感染鞭毛藻的RNA病毒(dinoRNAVs)”的爆发,这种病毒会攻击珊瑚内部的共生藻类。自2021年被认为是石珊瑚组织损失病(Stony Coral Tissue Loss Disease,SCTLD)的可能原因以来,珊瑚礁病毒获得了广泛关注。近十年来,SCTLD已经摧毁了佛罗里达和加勒比海的珊瑚礁。

造礁珊瑚令人惊叹的色彩来自于珊瑚体内的光合藻类。研究发现,在海洋热浪期间,病毒可能会增加对这些共生藻类的攻击。很少有研究调查高温和其他形式的压力如何影响珊瑚病毒爆发,更少的研究关注爆发后珊瑚礁尺度下的动态。近期《ISME通讯》(ISME Communications)在线发表的这项研究做到了这2点。这也是第一个分析dinoRNAVs在珊瑚礁范围内的流行程度、持久性、触发因素和健康影响的研究,这种单链RNA病毒感染生活在珊瑚内部的共生藻类。

该研究的主要作者LAUREN HOWE-KERR表示,在2021年10月和2022年2月的研究之后,珊瑚和海洋疾病研究人员正在密切关注珊瑚病毒,这些研究发现共生鞭毛藻的病毒感染可能是SCTLD的诱因。SCTLD是有史以来最致命的珊瑚疾病之一,自2014年首次被发现以来,它一直在摧毁佛罗里达州和加勒比海地区的珊瑚礁。虽然这项研究的重点不是SCTLD,但它建立了人们对珊瑚病毒的理解,特别是感染珊瑚内共生体的RNA病毒。莱斯大学的博士后研究员HOWE-KERR与来自莱斯大学、东北大学、俄勒冈大学、维尔京群岛大学、罗格斯大学、俄勒冈州立大学、乔治梅森大学、新西兰国家水与大气研究所和佛罗里达州萨默兰岛的Mote海洋珊瑚礁研究与恢复中心的十几位同事共同完成了这项研究。HOWE-KERR表示,研究首次提供了经验证据,即暴露在高温下的珊瑚礁会引发珊瑚群内的dinoRNAVs感染,这些感染在不健康的珊瑚群中会加剧。

这项研究在法属波利尼西亚的太平洋茉莉雅岛上的茉莉雅珊瑚礁长期生态研究站进行。茉莉雅岛距离塔希提岛约32 km,周围环绕着珊瑚礁。在2018年8月至2020年10月期间,研究组每年两次从岛上54个珊瑚群落中收集样本。在这段时间里,最高水温出现在2019年3月。在此期间,岛上的珊瑚礁遭受了与高温有关的压力,包括广泛的白化。研究地点包含了受到不同环境压力的各种珊瑚礁带。例如,面向海洋的珊瑚礁位置更深,水温更低也更稳定,而泻湖中的近岸边缘珊瑚礁则受到最高温度和最大温度波动的影响。

HOWE-KERR于2022年在莱斯大学获得博士学位,最近获得了为期一年的美国国家科学基金会海洋政策奖学金。采样和分析是她在莱斯大学海洋生物学家ADRIENNE CORREA的实验室攻读博士学位期间完成的。这是一个共同努力的巨大团队。在3年的时间里,每年两次对完全相同的珊瑚群定点取样。CORREA表示,新冠肺炎疫情使情况更加复杂,导致研究人员无法在2020年3月进行取样,但最终这一切都是值得的。他们对珊瑚礁病毒动态了解了很多。从以前的研究中可以清楚地看出,珊瑚“含有许多不同的病毒”,但不知道特定的病毒类型是如何在珊瑚礁上分布的。2022年,她所在团队中另一位已经毕业的学生CARSTEN GRUPSTRA进行了一项研究,描述了基于水箱实验获得的详细发现,该研究显示珊瑚中单一病毒群dinoRNAVs的病毒活性在热应激下增加。为期3年的研究表明这种情况也可能发生在海洋中。CORREA表示,在不同珊瑚礁上看到了同样的高温导致的病毒含量增加。

HOWE-KERR强调,这项新研究首次从时间和空间角度描述了dinoRNAVs在珊瑚礁和珊瑚礁带上的行为。研究描述了dinoRNAVs的多样性,以及他们在不同珊瑚礁环境中多年的种群流行情况。该团队3年内在超过90%的样本中检测到dinoRNAVs。但不同珊瑚礁的病毒组成和多样性是不同的,表明环境条件在动态感染中发挥了作用。虽然所有54个珊瑚群落在为期3年的调查中都存活了下来,但有50%的群落部分死亡。CORREA表示,受影响最严重的是面向海洋的珊瑚礁,他们经历部分死亡的可能性几乎是边缘珊瑚礁的3倍,而边缘珊瑚礁可能更习惯于应对近岸较浅水域的高温。2019年在热应激群落中发现了更多种类的RNA病毒,这表明病毒含量增加了。这种情况在遭受部分死亡的群落中最明显,这表明特定的宿主-病毒相互作用可能会对生态系统产生影响。随着海洋温度的持续上升,病毒的繁殖能力可能会增加。重要的是尽可能多地了解宿主-病毒的相互作用,因为这有可能改变支撑珊瑚礁生态系统的基本共生关系。

杨林林译自USA: Ocean warming intensifies viral outbreaks within corals,Science Daily,2023-04-03

印度洋-太平洋的珊瑚比大西洋的珊瑚更能适应气候变化

面对全球变暖和其他环境变化,大西洋的珊瑚近年来急剧减少,而太平洋和印度洋的珊瑚则表现得更好。通过研究这些珊瑚生长需要的几种共生藻类,宾夕法尼亚州立大学领导的一个国际团队发现,印度洋-太平洋地区的这些共生关系可能比大西洋地区更灵活,最终能适应更高的海洋温度。

珊瑚礁是由珊瑚动物产生的碳酸钙构成的巨大地质结构,珊瑚动物的群落在其组织内拥有密集的共生光合藻类。当如海洋温度上升等环境条件导致藻类和珊瑚动物之间的关系破裂时,就会发生珊瑚白化。虽然珊瑚可以恢复,但白化也会导致珊瑚死亡,这取决于白化的强度和持续时间。宾夕法尼亚州立大学生物学教授TODD LAJEUNESSE表示,珊瑚白化不仅影响珊瑚本身,还影响整个生态系统的生物,从海胆和龙虾等无脊椎动物到鱼和海龟等脊椎动物。研究珊瑚及其共生体的生物学非常重要,这样就可以预测他们将如何应对未来的环境变化,尤其是海洋变暖。但是并不是所有的珊瑚和共生体都会以同样的方式做出反应。这是因为全球海洋中有成千上万种珊瑚,每种珊瑚都有自己独特的属性。而且直到最近人们才真正意识到共生物种的巨大多样性及其对珊瑚生存的重要性。LAJEUNESSE强调,科学家以前把所有的共生体归为几个大类。在过去的几年里,他们的工作一直逐个研究共生体物种,这样就知道具体在研究什么。没有这些信息,就无法充分研究珊瑚的生态、生理和生物地理。

当LAJEUNESSE和他的同事们开始研究共生物种时,他们发现了有些物种的专一性,即只能与一种或几种珊瑚宿主联系在一起,而另一些具有普适性。这意味着他们可以与许多种类的珊瑚宿主联系在一起。此外,他们发现一些珊瑚,特别是加勒比海的珊瑚,依赖于具有专一性的共生体,而来自印度洋-太平洋的珊瑚则与具有普适性的共生体联系在一起。加勒比海珊瑚缺乏灵活性可能使他们对环境变化更敏感,而印度洋-太平洋珊瑚具有更灵活的伙伴关系,能承受的环境变化可能更大。事实上,根据LAJEUNESSE的说法,该团队研究的共生物种对珊瑚礁生态系统很重要,因为他们所具有的生态位优势以及他们对巨大地理区域范围内许多珊瑚物种的重要性。随着地球海洋变暖,更敏感的共生体灭绝,这些物种可能会主宰珊瑚群落。

该团队的新研究结果发表在2023年5月1日的《生理学杂志》( Journal of Phycology)上,描述了印度洋-太平洋地区的几种珊瑚共生体物种。为了进行他们的研究,研究人员从印度洋-太平洋各地收集了珊瑚样本,包括帕劳、泰国、坦桑尼亚的桑给巴尔、凤凰群岛、澳大利亚的大堡礁和新喀里多尼亚的珊瑚礁。接着,他们从这些样本中提取共生藻类,并进行了DNA测序。然后,他们鉴定并描述了5种能够与各种宿主珊瑚物种相关联的共生体。该论文的第一作者,宾夕法尼亚州立大学生物学研究生CALEB BUTLER表示,就人类还不了解甚至连名字都没有的事物进行讨论是很困难的。当他们正式描述一个物种时,他们要为这些生物命名,帮助其建立一个可以谈论的身份,并将以前的研究与未来的研究联系起来。这些待描述的生物分布广泛,随着海洋变暖,这些耐热的普适物种很可能扩展到新的珊瑚群落。识别这些独特的物种可以对他们的生态进行研究,然后能够准确地讨论研究结果的意义。具体来说,该团队描述的共生体属于Cladocopium属。相对于其他珊瑚共生体,Cladocopium属的物种具有异常丰富的生物多样性。然而,这个属中很少有物种被成功培养出来。澳大利亚海洋科学研究所的科学家MATTHEW NITSCHKE表示,该团队描述的物种之一,Cladocopiumproliferum可以在试管中培养,为理解珊瑚-藻类共生机制取得了重大进展,它已成为澳大利亚此类研究的模式物种。澳大利亚团队由MADELEINE VAN OPPEN教授领导,目前正在珊瑚礁恢复和开发研究中使用并增殖C.proliferum,重点研究这些藻类共生体如何促进珊瑚的耐热性。

杨林林译自USA: Indo-Pacific corals more resilient to climate change than Atlantic corals,Science Daily,2023-05-03