水母成气候变化中的“赢家”？DNA解密北极食物链新现象
编·者·按
“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，2024年2月14日发表的一项最新研究显示，随着气候变化的影响，在北冰洋的孔斯峡湾一带，大西洋水温每10年上升2摄氏度，水母数量激增。而最新的DNA分析揭示了端足类动物食物链中新秩序——极夜中，水母竟成为端足类动物食物链的关键一环。这项研究，打破了过去关于水母常被认为是海洋食物链的“营养死胡同”的陈见，首次证明水母对于海洋无脊椎动物和鱼类来说是重要的猎物。
该研究是在位于挪威的一片海外领地——斯匹次卑尔根岛西海岸的孔斯峡湾进行的，那里是斯瓦尔巴群岛的一处北冰洋海湾，长26公里，宽6~14公里，由克罗内布伦冰川和孔斯韦根冰川形成。
孔斯峡湾（Kongsfjorden）在地球上的位置。图片来源：谷歌地球
本文共计3200字，阅读约7分钟
在食物链中的新发现
由于气候变化的迅速影响，北极生态系统正在经历巨大的转变。不仅是因为表面温度的升高，还有来自大西洋的温暖水流，它们不断地涌入北极，改变着整个生态系统的结构和功能。这也导致了一些来自温暖地区的物种，比如水母，进入北极地区。通过使用DNA代谢条形码技术，德国的一家极地和海洋研究机构——阿尔弗雷德·魏根研究所（Alfred Wegener Institute）的研究人员首次证明了：这些水母在斯瓦尔巴岛的端足类动物（Amphipods）的饮食中起到了更为重要的角色，尤其是在极夜期间。该研究结果已在《海洋科学前沿》（Frontiers in Marine Science）科学期刊发表。
在过去的几年里，大西洋中温、咸水逐渐涌入欧洲北极地区，对斯瓦尔巴岛的影响也变得愈发显著。西海岸的孔斯峡湾，已经完全转变为大西洋气候体制，而在极夜期间（11月~来年2月），该地区的水温每十年上升约2摄氏度。
这些变化也导致了生物种类的转变，尤其是一些来自温暖水域的物种随着大西洋温暖水流进入北极。
阿尔弗雷德·魏根研究所ARJEL青年研究小组的负责人夏洛特·哈弗曼斯（Charlotte Havermans）表示：“特别是一些水母物种倾向于向北极地区扩散。”她补充道：“当我们于2022年在孔斯峡湾度过极夜时，看到峡湾到处都是水母，包括它们中许多还是不同物种和生命周期阶段的水母，这着实令我们吃惊。”
在过去，水母常被认为是海洋食物链的“营养死胡同”，但最近的研究表明它们对于海洋无脊椎动物和鱼类来说，水母也是重要的猎物。
为了回答水母是否在北极其他生物的食物中发挥作用的问题，该研究团队的博士生安卡瑟琳·迪舍赖特（Annkathrin Dischereit）对各种端足类动物物种的胃里面的东西进行了分析。
一个月的时间里，他们利用诱饵陷阱和手网定期采集了极夜期间四个不同的端足类动物物种——Gammarus oceanicus，G. setosus，Orchomenella minuta和Anonyx sarsi——的样本。
通过DNA代谢条形码技术，阿尔弗雷德·魏根研究所的研究团队确定了这些小型动物的食物谱。这一先进的技术可以检测到胃中的短基因片段，然后将其与基因参考数据库进行比较，以确定这些片段属于哪种被捕食的物种。
哈弗曼斯解释说：“我们在端足类动物的胃中发现了大量的水母，从峡湾中最大的水母、到微小的水螅。”
使用DNA代谢条形码技术，阿尔弗雷德·魏根研究所的团队能够确定和分类已经被消化得很充分的水母、以及其他生物的软组织。
“我们首次证明了：端足类的食腐动物以水母残余为食。这以前只在实验环境中展示过。”哈弗曼斯说。
所有研究的物种，都以植物和动物为食。除了水母外，甲壳动物和大型藻类也是某些物种的重要组成部分，而鱼类物种（如北极鳕鱼或螺鱼）对其他物种也起着重要作用。
端足类动物是否以鱼的卵、幼虫、腐肉或粪便为食，尚待进一步澄清。研究还需确定水母在冬季是否只是作为生存食物，或者在所有季节中都是这些生物的常规猎物。
哈弗曼斯表示：“我们一直认为水母的营养价值较低，但这仅对少数几种物种进行了调查，而且还取决于利用的组织。”
这项研究为北极在极夜期间的食物链提供了全新的见解，并且是水母在这些食物链中的作用的第一手自然非实验性证据。哈弗曼斯总结说：“在冬季孔斯峡湾中繁荣多样的水母群体显然是食物来源。直到现在，我们对水母在这一地区作为猎物的角色一无所知。以前也不知道Gammaridea这个物种是否在北极地区以及其他地方都以水母为食。”现在的问题是，这是否仅适用于极夜期间，当食物供应有限时。
阿尔弗雷德·魏根研究所的ARJEL青年研究小组希望继续研究这个问题。因为：“水母可能是气候变化的赢家之一，它们在全球变暖的过程中将继续扩散。我们还预测，随着温度的继续上升，水母在北极地区将变得更加普遍。”哈弗曼斯说。因此，它们在食物链中的作用可能变得越来越重要。然而，迄今为止，我们对此的了解在极地地区特别有限。“通过这项研究，我们揭示了迄今为止未知的北极食物链中的关键联系。这是基础性的，因为我们需要了解水母在快速变化的北极地区的食物链中的作用以及它们如何扩散。这也适用于邻近的陆地海域，因为全球10%的渔业在这些区域进行。”
感兴趣的读者可参看原文：
| 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 |
海洋与湿地·小百科
端足类
端足类（学名：Amphipoda），又称为片脚类，是一类没有甲壳、身体两侧扁平的目级甲壳动物。它们的学名意为“不同的足”，这是因为它们具有多样的附属肢形态。端足类的身体分为头部、胸部和腹部，共有13节，头部与胸部融合，具有两对触角和一对复眼。这一类动物长约1~340毫米，栖息在水域和潮湿的陆地环境中，总共有7000个物种，其中5500个属于钩虾亚目，其余分布在其他2~3个亚目中。
端足类的身体特征包括八对单肢附足，其中第一对是辅助口器的，鳃位于胸节，循环系统是开放的，有心脏负责将血青蛋白运送至身体组织。它们的触角上有特殊的腺用于控制盐分的吸收和排泄。腹部分为前尾和后尾，前尾有游泳肢，后尾有尾节和三对腹足，形成不会组成尾扇的结构。端足类的大小范围广泛，一般短于10毫米，但最大的活体可达28厘米，生活在太平洋5300米深处。它们的大小受溶氧供应的限制，不同海拔和水深的环境中，端足类的体长也有差异。这类动物的繁殖过程包括雌性具有育幼袋，可以带着受精卵直至孵化。卵直接孵化为幼生，经过6次脱壳后达到性成熟。一些物种在脱壳后，会吃掉自己的壳。
上图：Bodyplan of an amphipod © Hans Hillewaert / CC BY-SA 4.0
孔斯峡湾
孔斯峡湾（Kongsfjorden）是位于挪威斯瓦尔巴群岛的一处海湾，属于斯匹次卑尔根岛（Spitsbergen）上的一个峡湾。斯瓦尔巴群岛是挪威的一个海外领土，位于北极地区，孔斯峡湾是该群岛最著名的峡湾之一。
思考题 | 举一反三
Q1.随着大西洋温暖水每十年上升2摄氏度，你认为，北极冬季水温升高对于端足类动物的食物链结构会带来怎样的生态平衡变化？数据显示这一变化的趋势如何？ Q2. 在上面文章中提到，DNA代谢条形码技术揭示了端足类动物食物链中水母的重要角色。在这一发现的基础上，你认为水母作为端足类动物的食物是否会对北极地区其他生态系统产生连锁效应？有无相关数据支持这一假设？ Q3.孔斯峡湾水温上升导致水母数量激增，这一趋势是否与气候变暖有直接关系？有无数据支持温暖水母在北极地区的逐渐普及？水母在北极冬季食物链中的新发现可能对全球渔业产生影响，你觉得，这对全球渔业的未来有何可能的挑战、或机遇？有无实证数据支持这一猜测？ |
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新闻源 | Frontiers in Marine Science, Phys.org，Wikipedia等
编译 | 王芊佳
审核 | Linda
排版 | 绿叶
【参考资料】
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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