研究簡(jiǎn)介:魚(yú)類(lèi)在早期生命階段的生存取決于多種因素的有利組合，包括海洋學(xué)、氣候和生物因素。魚(yú)卵、胚胎和幼魚(yú)由于缺乏游泳能力，容易受到環(huán)境影響，導致高死亡率。氣候變化對仔魚(yú)生存的影響特別令人關(guān)注，特別是海洋酸化（OA）現象。OA可能通過(guò)擾亂酸堿平衡，影響?hù)~(yú)類(lèi)早期生命階段的生理、能量或行為。研究顯示，魚(yú)類(lèi)幼體的皮膚和鰓離子細胞在維持酸堿平衡中起著(zhù)重要作用。這些離子細胞的功能與成體魚(yú)類(lèi)相似，對于理解早期生命階段的生存至關(guān)重要。對OA影響的研究發(fā)現，盡管仔魚(yú)暴露于高pCO2環(huán)境會(huì )引起耳石增大和神經(jīng)行為改變，但仔魚(yú)和成魚(yú)都能通過(guò)調整酸堿平衡來(lái)維持血液pH值。此外，水產(chǎn)養殖設施在研究和漁業(yè)管理中發(fā)揮著(zhù)重要作用，特別是在為實(shí)驗提供魚(yú)類(lèi)方面。Hubbs-海洋世界研究所通過(guò)其循環(huán)水族箱系統（RAS）為研究提供了重要支持，包括與Scripps海洋研究所的合作，研究了高pCO2對白海鱸幼體的影響。本研究進(jìn)一步探討了高pCO2環(huán)境下白海鱸仔魚(yú)的生理響應，包括酸堿機制的調整和能量消耗的變化。研究方法包括分析皮膚離子細胞、NKA豐度、靜息氧消耗率測試（unisense微呼吸系統）和體長(cháng)，以及對親魚(yú)條件的回顧性分析，以更好地理解OA對魚(yú)類(lèi)早期生命階段的影響。

Unisense微呼吸系統的應用

使用Unisense MicroRespiration系統和SensorTrace Rate軟件（Unisense）測量了白鱸幼體仔魚(yú)的靜息O2消耗率（rOCR）。從每個(gè)容器中取出十個(gè)白鱸仔魚(yú)，將五個(gè)仔魚(yú)的兩個(gè)副本組放入兩個(gè)含有來(lái)自相應容器的海水的4毫升玻璃微呼吸室中。通過(guò)浸入水浴，將微呼吸計室中的海水維持在18℃，并使用玻璃嵌入式微磁子以600 rpm的速度攪拌。鑒于它們的體型小，常常對仔魚(yú)群體進(jìn)行OCR測量。經(jīng)過(guò)10分鐘的適應期后，每秒測量一次室內的O2濃度，持續50分鐘。每15分鐘觀(guān)察一次仔魚(yú)的行為，持續1分鐘。在只含有海水的室內測量背景微生物呼吸速率。將O2濃度隨時(shí)間的線(xiàn)性回歸的斜率視為每組五個(gè)仔魚(yú)的rOCR。對每個(gè)容器進(jìn)行兩次測量，取平均值，并減去背景微生物呼吸。通過(guò)將群體的rOCR除以五，估算出單個(gè)仔魚(yú)的rOCR。對這些基于個(gè)體的rOCR（μL O2 ind?1 h?1）估計值進(jìn)行了統計分析。

實(shí)驗結果

探討了海洋酸化（OA）對白鱸（Atractoscion nobilis）幼體生長(cháng)和離子調節能力的影響。研究中使用控制條件（pCO2為542±28μatm）和升高條件（pCO2為1831±105μatm）分別培育了白鱸的卵和幼體，持續至受精后五天。通過(guò)Na+/K+-ATPase（NKA）酶的免疫檢測確定了皮膚離子細胞。與控制組相比，暴露于升高pCO2的幼魚(yú)具有顯著(zhù)更多的皮膚離子細胞數量和密度。然而考慮到離子細胞的大小時(shí)，相對離子細胞面積（作為總離子調節能力的代理）沒(méi)有改變。同樣在5 dpf時(shí)，控制組和實(shí)驗組幼魚(yú)的相對NKA含量、靜息氧氣消耗率和總長(cháng)度之間沒(méi)有差異，也沒(méi)有在2至5 dpf期間相對離子細胞面積和總長(cháng)度變化的速率方面的差異。

圖1、實(shí)驗幼體白鱸的總長(cháng)度。對照（黑色，圓圈）和OA暴露（紅色，三角形）幼蟲(chóng)(A)受精后5天的總長(cháng)度（t(10)=0.4717；p=0.6473），以及(B)2至5天內的總長(cháng)度受精后（F(1,20)=0.6512；p=0.4292）沒(méi)有顯著(zhù)差異。

圖2、暴露于對照或OA條件下的白鱸幼蟲(chóng)的生理反應。(A)離子細胞數量(t(16)=2.223；p=0.0410)，(B)離子細胞密度(t(16)=4.106；p=0.0008)，(C)離子細胞大小(t(16)=1.843；p=0.0840)、(D)相對離子細胞面積(t(16)=0.5161；p=0.6129)和(E)相對Na+/K+-ATPase豐度（t(14)=1.297；p=0.2156）受精后5天的幼蟲(chóng)暴露于對照（黑色，圓圈）或OA（紅色，三角形）條件。(F)受精后2至5天白鱸幼體的相對離子細胞面積((1,20)=0.1689；p=0.6855）。星號表示alpha水平為0.05時(shí)的顯著(zhù)性。

圖3、暴露于對照或OA條件下的白鱸幼蟲(chóng)的皮膚離子細胞。代表性圖像顯示幼蟲(chóng)中Na+/K+-ATPase免疫染色的皮膚離子細胞。(A–D)對照治療；(E–H)OA暴露治療；dpf=受精后天數。

圖4、使用unisense微呼吸系統測試白鱸幼體的耗氧率。在50分鐘內測量了來(lái)自EXP 1的白鱸幼體（5只為一組）的耗氧率，并將其顯示為時(shí)間的函數。在對照組（黑色，圓圈）和OA暴露（紅色，三角形）處理中飼養的幼體之間，未檢測到耗氧率存在顯著(zhù)差異（t(14)=0.0918；p=0.928）。

圖5、在收集白鱸幼體前的3.5年中，監控了白鱸幼體魚(yú)缸的水質(zhì)。圖（A）顯示了pH值，圖（B）顯示了pCO2。右上角的紅箭頭標識了收集魚(yú)卵的日期。(A)pH和(B)pCO2。

結論與展望

本探索目的是通過(guò)探索白鱸幼體生理學(xué)的其他方面來(lái)擴展這些形態(tài)和行為觀(guān)察。研究表明白鱸幼體在面對未來(lái)一個(gè)世紀預測的高pCO2條件（約為2000μatm）時(shí)，相對于離子細胞面積（RIA）、NKA含量、相對氧氣消耗率（rOCR）（unisense微呼吸系統測試獲得）和長(cháng)度等方面并未顯示出明顯的差異。這說(shuō)明白鱸幼體似乎能夠適應海洋酸化（OA），而不會(huì )出現在離子輸送能力、能量消耗或生長(cháng)方面的重大變化。然而，深入分析發(fā)現了一些潛在的新效應，例如離子細胞大小的變化，提示有必要進(jìn)行更詳細的研究，以深入了解海洋魚(yú)類(lèi)幼體的基本生理學(xué)。這些研究還揭示了關(guān)于其在應對海洋酸化和多重壓力時(shí)的能量分配，以及通過(guò)親本效應、發(fā)育可塑性和自然選擇實(shí)現的跨代適應的需求。最終，強調了通過(guò)與水產(chǎn)養殖設施（如HSWRI）的合作，繼續推動(dòng)對海洋酸化對魚(yú)類(lèi)影響的理解。本研究提供了有關(guān)白鱸幼體對海洋酸化的響應的深入了解，并強調了親本曝露歷史對幼體的影響可能是值得關(guān)注的因素。