海水变暖，鱼会变得越来越小吗?
由马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）领导的一个科学家合作小组最近发现，没有生理学证据支持”鳃氧限制“（GOL）主流理论。
鳃氧限制(GOL)理论认为鱼的生长受到鱼鳃能从水中吸收多少氧气的限制。随着水温升高，鱼类的生化过程加快，需要更多的氧气。GOL认为，鳃的表面积有限，限制了它们所能提供的氧气量，因此，鱼在温暖的海水条件下无法长得那么大。鱼类正在“缩小”，以适应它们的鳃所能提供的有限氧气。
图：溪鳟（brook trout）图源：Wikimedia commons/public domain
一些模型预测到2050年，许多鱼类的体型最大下降 14%–24%。鳃氧限制 (GOL)理论，已被作为解释鱼类大小的通用机制，并已用于未来全球渔业产量的一些预测。然而，代表美国国家海洋和大气管理局、美国地质调查局、加州大学戴维斯分校和马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员对溪鳟（brook trout）进行了一系列长期实验，结果发现尽管温度升高确实会导致溪鳟体型显著缩小，但鳃表面积并不能解释这种变化。这项研究的结果最近发表于《实验生物学杂志》（Journal of Experimental Biology）。
该论文的主要作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校Joshua Lonthair表示：“全球气候变化导致海洋和河流正在变暖，在温度升高的情况下，许多动物——不仅仅是鱼类——成年后的体型都在变小。但尽管进行了数十年的研究，我们仍然不明白为什么物种尺寸会随着温度的升高而减小。”
对于海洋和淡水鱼类来说，水温上升对新陈代谢、繁殖和其他生命功能都有至关重要的影响，但大多数渔业管理基础模型所依赖的一个关键因素是鱼的大小。商业渔业通常按吨位来管理，当鱼类体积缩小时，需要更多的鱼才能填满一吨。体重过轻也与繁殖能力下降有关。这意味着管理者需要调整其管理模式。
GOL理论是被广泛引用的预测未来全球渔业产量急剧减少的模型基础，其中包括一些被世界自然保护联盟（IUCN）使用的模型，但该理论从未经过直接检验。
马萨诸塞大学阿默斯特分校环境保护助理教授Lisa Komoroske说：“我们注意到，之前对GOL理论的研究依赖于从其他不相关的研究项目的数据，而这些项目并不是专门为了测试该理论而设计的。我们设计的一系列长期实验，是对GOL进行实证检验的首次尝试。”
具体来说，研究人员想要了解的是，随着水温的升高，生长、能量需求和鱼鳃表面积这三个关键成分是如何变化的。溪鳟作为理想的实验对象，科学家们已经对这个物种有了很多了解，它们生长迅速，对美国东北部具有重要的经济和生态意义。
实验将每只重量在1到2克之间的小鱼苗放在水箱，其中一些水箱里装的是正常15摄氏度的水，另一些水箱里装的是加热到20摄氏度的水。在实验开始时对鱼进行称重和测量，之后每月进行一次；在两周、三个月和六个月时对他们的耗氧量进行测量，这是确定代谢率的一种方法。最后，研究人员收集了同一条鱼的鳃样本来测量它们鳃表面积的变化。
研究发现：正如预期的那样，在温暖的水箱里的溪鳟鱼更小，但鳃的表面积足以满足鱼的能量需求，这意味着它们的生长并不像GOL理论预测的那样受到鳃表面积的限制。
此外，研究小组发现，虽然暖缸鱼的代谢率在三个月的时候确实有所增加，但在六个月的时候，它们的含氧量恢复正常，这表明鱼可以随着时间的推移调整它们的生理机能，以适应水温的升高。
研究人员表示，“氧气的使用可能仍然是鱼类大小的一个重要限制因素，但是，综合起来，我们的研究结果表明，GOL理论无法预测我们所看到的情况，这对预测气候对未来渔业和生态系统的影响具有重要意义。”
该研究不仅质疑了GOL理论的有效性，而且强调需要进行更全面的研究，以充分了解气候变暖中影响鱼类尺寸缩小的因素。
研究人员说，“渔业和宏观生态学家倾向于在种群和物种水平上工作，而生理学家倾向于在个体和细胞水平上工作。但这些都是学术上的区别，而不是自然上的区别，如果我们要帮助鱼类在变暖的水域中生存，就需要跨生物尺度开展工作，并结合所有这些领域的见解。”
那么控制鱼体大小和温度的机制是什么呢?“我们还不知道，”研究人员说，“这可能不是一个单一的机制，它可能是一系列因素，我们需要更多跨学科的长期研究。”
编译：Sara 审核：Daisy
参考资料：
https://journals.biologists.com/jeb/article-abstract/227/4/jeb246477/343088/Smaller-body-size-under-warming-is-not-due-to-gill?redirectedFrom=fulltext
Lonthair, J. K., Wegner, N. C., Cheng, B. S., Fangue, N. A., O'Donnell, M. J., Regish, A. M., ... & Komoroske, L. M. (2024). Smaller body size under warming is not due to gill-oxygen limitation in a cold-water salmonid.Journal of Experimental Biology, 227(4).
https://www.umass.edu/news/article/why-are-fish-getting-smaller-waters-warm-not-because-their-gills-finds-study-led-umass
https://www.earth.com/news/fish-are-getting-smaller-as-waters-temperatures-rise/
https://www.savingseafood.org/science/why-are-fish-getting-smaller-as-waters-warm-its-not-their-gills-finds-study/
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