海洋变暖影响新孵化小丑鱼的生长代谢率和基因活性

最近发表在《全面环境科学》杂志上的一项新研究表明，未来的海洋变暖和海洋热浪可能会影响小丑鱼在其最早生命阶段的生长和发育 。

来自冲绳科学技术研究所 (OIST) 的一组海洋生物学家在 28°C 或 31°C 的水温下圈养了这种标志性的珊瑚礁鱼。28°C 的温度代表了冲绳当前的夏季海水温度，而 31°C 的温度是在当今的海洋热浪期间达到的，这与 IPCC 到 2100 年升温 3°C 的预测一致。

科学家们对小丑鱼 Amphiprion ocellaris在孵化后 20 天进行了研究——这是一个关键的发育时期，在气候变化方面一直未得到充分研究。他们发现，在更温暖的温度下，幼虫生长得更快，代谢率更高，并且某些基因的活性发生变化。

“大多数气候变化研究都集中在成年或幼年小丑鱼上，”由 Timothy Ravasi 教授领导的OIST海洋气候变化部门的第一作者和博士生 Billy Moore 说 。“通过关注幼虫阶段，我们可以更全面地了解小丑鱼如何受到海洋变暖和气候变化的影响。”

在最初的 20 天里，小丑鱼经历了七个发育阶段，在野外，这些阶段的特点是位置和行为发生明显变化。孵化后，小丑鱼幼体立即被带离它们的珊瑚礁并进入公海。大约十天后，小丑鱼进入第四阶段，此时发生变态，鱼开始长出标志性的橙白色。在第 14 天左右，处于第五个发育阶段的小丑鱼找到了一个新的珊瑚礁，并在第六个阶段寻找海葵宿主并定居下来。

在这项研究中，科学家们在 20 天内对小丑鱼幼虫进行成像和测量，以确定它们的幼虫阶段，并进行试验以研究新陈代谢。该团队发现，在 31°C 下饲养的幼虫比在 28°C 下饲养的幼虫提前两天左右达到发育里程碑，例如变态。他们还发现幼虫的平均代谢率更高，可能推动了更快的生长速度。

然而，预测在未来变暖的情况下，更快的发育会对小丑鱼的生存产生多大的影响是非常困难的。

摩尔解释说：“一方面，由于捕食，大多数小丑鱼无法在幼体期存活下来，因此缩短这段时间可以增加它们生存和定居的机会。另一方面，更快的发育可能意味着小丑鱼分散到新珊瑚礁的效率降低，幼虫可能无法摄取足够的食物来满足它们增加的能量需求。”

研究小组还调查了小丑鱼基因在每个发育阶段的活性。

“总的来说，我们看到了对变暖非常强烈的分子反应，”摩尔说。“在每个阶段，许多基因——超过 450 个——的活性要么增加，要么减少。”

当研究人员研究改变活性的基因的功能时，他们发现在 31°C 下饲养的小丑鱼中，与热应激相关的基因在最早的发育阶段就更加活跃。

在第七阶段，研究人员还发现参与神经传递的基因活性下降，这意味着温度升高可能会导致小丑鱼行为发生变化。

研究人员还发现证据表明，在较温暖的温度下饲养小丑鱼会改变小丑鱼的“表观基因组”。Moore 解释说，表观基因组指的是整个基因组的化学变化，直接针对 DNA 或与 DNA 相关的蛋白质。这些被称为表观遗传修饰的化学变化会影响 DNA 被包装到染色体中的方式，从而决定基因的活跃程度。

在 28°C 饲养的小丑鱼中，参与表观遗传修饰的基因在第三和第六阶段高度活跃。然而，在 31°C 饲养的小丑鱼中，该团队没有观察到相同的活动，这表明这些表观遗传修饰可能在更高的温度下减少。

“我们现在开始进行实验，研究在 31°C 和 28°C 下饲养的小丑鱼的表观基因组有何不同。这可能具有非常重要的意义，因为发育早期阶段的表观遗传变化会影响个体在成年后对环境变化和压力的反应，”摩尔说。