渔业科技前沿

气候变化和过度捕捞应对不力将导致全球鱼类资源无法重建

一项新的研究预测,如果不采取强有力的行动来缓解气候变化,全球鱼类资源将无法恢复到可持续水平。来自英属哥伦比亚大学、斯坦福海洋解决方案中心和伯尔尼大学的研究人员模拟了从1950年到2100年,不同的全球升温场景和捕捞活动强度对给定区域内的生物量或丰度产生的影响。他们的模拟结果表明,在研究的226个海洋区域中,气候变化使103个区域的鱼类数量较历史水平下降,其中包括加拿大。在21世纪预计的全球变暖水平下,这些种群将难以恢复数量。

英属哥伦比亚大学海洋和渔业研究所教授,该研究的主要完成人WILLIAM CHEUNG博士表示,在气候变化的情况下,要重建过度开发的鱼类资源,更强调渔业资源保护的渔业管理方式是必不可少的。然而,光靠这一点是不够的。气候缓解对鱼类资源重建计划的有效性至关重要。包括斯坦福大学海洋解决方案中心的COLETTE WABNITZ博士在内的研究团队使用计算机模型找出可导致过度开发的鱼类资源无法重建的气候变化水平。CHEUNG博士表示,目前与工业化前的水平相比,全球气温上升的幅度超过1.5℃,未来几十年将接近2℃。该研究预计,平均而言,当渔业管理专注于每年最高的可持续捕捞量时,1.8℃的升温对鱼类的额外影响将使鱼类种群无法自我恢复。如果全球捕捞量是每年最高可持续捕捞量的四分之三,那么鱼类资源无法恢复的升温程度是4.5℃。亚洲、太平洋、南美洲和非洲的热带地区的鱼类数量正在减少,一方面因为这些物种都向北迁移到较冷的水域,另一方面是由于捕捞压力使得种群无法恢复。这些地区是最先感受到全球变暖影响的地区。研究表明,即使是1.5℃的轻微升温,也可能对依赖渔业获得粮食营养安全、收入和就业的热带国家产生灾难性的影响。

研究预计,在最坏的情况下,如果不采取任何措施缓解全球变暖,包括不实现国际商定的目标,并且出现超出可持续目标的过度捕捞,全球鱼类储量将下降到当前水平的36%。研究参与者JULIANO PALACIOS-ABANTES博士表示,为了重建鱼类资源,必须充分考虑气候变化。人类生活在一个全球化的世界,各种情况相互关联。在热带地区可以明显看到这一点,但在鱼类成长缓慢的北极地区或者在渔业死亡率很高的爱尔兰、加拿大和美国也看到了这一点。这些气候影响,即使是在以保护为重点的情境时,也使鱼类资源难以反弹。CHEUNG博士表示,由于气候变化,世界鱼类资源不太可能恢复到历史水平。人类正处于一个转折点,需要的是全球协调一致的努力,制定切实和公平的海洋保护措施,以支持在气候变化下有效重建生物量。这需要认识到海洋生物多样性对生计和经济的贡献方式,特别是在热带海洋生态地区,还需要同时对渔业活动进行更严格的限制,以实现更大的生物资源量重建潜力。

杨林林译自UK: Global fish stocks can't rebuild if nothing done to halt climate change and overfishing,Science Daily,2022-09-01

过去30年里超过110万只海龟被偷捕

除气候危机外,对野生动物生物多样性威胁最严重的是非法猎杀和贩运。尽管有许多法律反对野生动物黑市贸易,但它被认为是世界上最赚钱的非法产业之一。动物,特别是濒危和受威胁的物种,经常被抓捕并出售其皮毛,或用作药物、古玩和食物等。

一项新的研究发表在《全球变化生物学》(Global Change Biology)杂志上,亚利桑那州立大学的研究人员估计,已经有超过110万只海龟被非法猎杀,并在某些情况下于1990—2020年被贩卖。即使现有法律禁止抓捕和使用海龟,但在过去10年里,在65个国家或地区,每年仍有多达4.4万只海龟被抓获,归属于世界上58个主要海龟种群中的44个。

尽管盗猎海龟的数量看似很大,但研究显示,在过去10年中,非法盗猎海龟的数量下降了约28%,这让研究人员感到惊讶。他们最初预计偷猎数量会增加。该研究的主要完成人,生命科学学院环境生命科学博士生KAYLA BURGHER表示,过去10年里,这种下降可能是由于保护立法的增加和保护工作的加强,以及保护意识的提高或当地规范和传统的改变。除了轻微下降之外,研究人员还发现,在过去10年中,大多数非法猎捕都发生在大型、稳定和基因多样化的海龟种群中。社会创新未来学院助理教授JESSE SENKO表示,这一发现可能是当下大量非法猎杀海龟的一线希望。这意味着,这些海龟大多来自健康、低风险的种群。这表明,除了少数例外,目前的非法猎杀水平可能不会对世界各地大多数主要海龟种群产生重大的负面影响。然而,SENKO表示应该谨慎看待这些研究结果。评估任何非法活动都是困难的,海龟的捕猎和交易也不例外,特别是当它与犯罪集团有关联时。研究评估不包括海龟蛋或海龟相关产品,例如,用海龟壳制成的手镯或耳环,因为这些产品不容易计算海龟数量。

在这项研究中,研究人员综合了同行评议的期刊文章、存档的媒体报道、非政府组织报告和在线问卷调查的数据,以确定对现有的关于猎捕海龟信息的全面了解。这项研究揭示了可能有助于确定保护管理优先事项的信息。例如,越南是非法贩运海龟最常见的来源国,而东亚部分国家则是几乎所有被贩运海龟产品的目的地。在30年的研究期间,95%被盗猎的海龟来自2个物种——绿海龟和玳瑁海龟,这2种海龟都被列入美国《濒危物种法案》。此外,东南亚和马达加斯加也成为非法捕获和交易海龟的主要热点,尤其是极度濒危的玳瑁,他们的美丽外壳在非法野生动物贸易中价格高昂。BURGHER表示,评估是未来关于非法捕捞海龟研究和推广工作的重要基础。相信这项研究可以帮助保护从业者和立法者选择需优先考虑的保护工作,并分配他们的资源,以最好地帮助保护海龟种群免受全球猎捕。该研究团队表示,要维持全球生物多样性,还需要做更多的工作。需要加大对缺乏保护海龟资源的政府的支持,同时也需要支持社区在限制或禁止猎捕海龟的情况下维持人类福祉,制定对人类和海龟都有利的保护策略。

杨林林译自USA: More than 1.1 million sea turtles poached over last three decades,Science Daily,2022-09-07

经历过原油暴露的鱼表现出行为障碍

迈阿密大学Rosenstiel海洋大气和地球科学学院的研究人员主持了一项史无前例的研究实验,证实一种受欢迎的鱼在接触亚致死水平的原油后,放归野外表现出行为改变、存活率降低和产卵减少。研究结果表明,在“深水地平线”(Deepwater Horizon)钻井平台石油泄漏期间,墨西哥湾北部和大西洋的鲯鳅暴露在原油中,表现出了行为障碍,如生存率和产卵频率下降。

为了进行实验,研究人员在墨西哥湾捕获了野生鲯鳅,给他们安装了卫星标签,用于收集温度、深度、加速度和位置信息,并在“F. G. Walton Smith”研究船上将他们放置在实验水箱中的石油或对照条件下,然后将他们放回墨西哥湾。在放生之前,他们还剪了一小块鳍用于基因表达分析。卫星标签数据分析显示,与未接触过石油的野生鱼相比,经历过石油环境的鱼的分布温度和深度发生了变化,导致释放后前8天的捕食率增加,产卵减少长达37天。基因表达数据显示,这些行为变化可能是由肌肉、感觉和中枢神经信号系统造成的。在实验室中,暴露过的鱼显示出视力、嗅觉和游泳能力受损,一些证据表明他们的感觉系统和中枢神经系统受损。研究表明,暴露于石油后,实验室和野生鱼的行为都会受到影响。对野生鱼来说,这意味着更高的捕食死亡率和产卵量的减少。

研究的主要完成人,Rosenstiel学院的LELA SCHLENKER表示,研究结果表明,在实验室中观察到的亚致死现象也出现在野生鱼类身上,并导致生存和繁殖率降低。Rosenstiel学院海洋生物与生态系主任,该研究的参与者MARTIN GROSELL教授表示,随着海上石油钻探作业的深入和风险的增加,了解石油暴露对野生鱼类的直接影响至关重要。这项研究直接证明了“深水地平线”石油泄漏事件对墨西哥湾北部野生鱼类的影响。在这项研究之前,研究人员不知道野生鱼类暴露在亚致死浓度的原油中会受到怎样的影响。经过研究人员证实,暴露在石油环境中的鱼的行为模式改变导致捕食率增加和产卵量减少。这些影响表明“深水地平线”和未来石油泄漏可能造成世代影响。“深水地平线”石油泄漏事件直接影响了许多人的生计,英国石油公司为此支付了190×104美元的环境损害赔偿。

杨林林译自USA: Popular sport fish are behaviorally impaired from exposure to crude oil, study finds,Science Daily,2022-09-15

改变动物饲料可以为10亿人提供食物

当世界各地数以百万计的人面临着饥荒或营养不良威胁的同时,畜禽和鱼类饲料的生产正在占用可用于生产人类食物的有限自然资源。阿尔托大学发表在《自然食品》(Nature Food)杂志上的一项新研究表明,调整畜禽和鱼类的喂养方式可以在保持产量的同时为人类提供更多的食物。这些相对简单的变化将显著增加全球粮食供应,在不增加任何自然资源的使用或重大的饮食变化情况下,为更多的人(最高13%)提供热量。

目前,大约三分之一的谷类作物被用于动物饲料,大约四分之一捕获的鱼类没有用于人类食用。阿尔托大学研究全球水和粮食问题的副教授MATTI KUMMU领导了一个团队,研究了在畜禽和水产养殖生产中使用农作物残留物和畜禽水产食品加工副产品的潜力,从而释放出人类可用的资源来养活人类。KUMMU解释说,这是第一次有人在全球范围内如此详细地收集陆地和水生系统的食物和饲料流动情况,并将他们结合在一起。这有助于了解有多少食品副产品和残留物已经在使用,是确定未开发潜力的第一步。研究小组分析了全球粮食生产系统中粮食和饲料及其副产品和残留物的流动情况。然后,他们找到了改变这些流动以产生更好结果的方法。例如,可以用食品加工过程中的副产品喂养畜禽和养殖鱼类,如甜菜或柑橘渣、鱼和畜禽的副产品甚至农作物残留物,而不是适合人类食用的材料。

通过这些变化,多达10%～26%的谷物总产量和1 700×104t的鱼(约占目前水产品供应量的11%)可以从用于动物饲料转向用于人类食用。根据具体情况的不同,食物供应的增加在热量方面将达到6%～13%,在蛋白质含量方面将达到9%～15%。该研究的主要完成人,阿尔托大学的VILMA SANDSTRÖM表示,这听起来可能不多,但这是大约10亿人的食物。这些发现与KUMMU团队早期关于从生产、运输、储存到消费的整个供应链中减少粮食损失的工作非常吻合。在那项研究中表明,减少一半的食物损失和浪费将增加约12%的食物供应。再加上将副产品用作饲料,将会多出大约四分之一的食物。不过,也存在一些不确定变化,比如用农作物残留物喂养畜禽,会导致畜禽生产力下降,研究人员也在他们的研究中考虑到了这一点。另一个挑战是,目前在畜禽生产和水产养殖中使用的适合人类食用的食物与人们习惯的食物不同。例如,饲料行业使用的是不同品种的玉米,其中一些谷物质量较低;而用于鱼粉生产的鱼多是小而多骨的鱼,目前不受消费者欢迎。然而,克服这些障碍可能会带来巨大的收益。要实现这些好处,就需要对供应链进行一些调整。例如,重组食品系统,使生产副产品的生产者能够找到需要他们的畜禽和水产生产者。有些副产品在用作饲料之前需要进行加工。KUMMU总结说,他不认为这样做有什么严重的问题。他们的建议已经在某些地区以一定的规模进行了,所以它不是必须从零开始开发的东西。只需要调整当前的体系,增加已有的规模。

杨林林译自Changes to animal feed could supply food for one billion people,Science Daily,2022-09-19

益生菌组合可提高牡蛎幼体存活率

俄勒冈州立大学的研究人员在最近的一项研究中发现,用特定的益生菌组合处理牡蛎幼体,可以显著提高他们的存活率。即使只使用一次,益生菌依然可以促进幼体的生长、变态和固着,这意味着除了可以使更多的牡蛎存活过幼体阶段,还可以使其在向稚体过渡以及在壳和其他表面固着方面也有更好的表现。这一发现可能是牡蛎养殖的一大福音,因为病原体可以杀死牡蛎幼体,每次损失数十万美元。

该研究的负责人,俄勒冈州立大学卡尔森兽医学院助理教授CARLA SCHUBIGER表示,结果肯定超出了预期。幼体存活率提高40%～50%就已经是巨大的成功,但这次,存活率有时会提高80%以上。这对这个行业来说非常重要。抗生素是不允许在孵化场使用的,所以这将是他们可以用来增加产量的首选工具。

贝类在俄勒冈州是一大产业,根据太平洋海岸贝类养殖协会2010年的一份报告显示,牡蛎每年的销售额接近500×104美元。牡蛎和人类一样,机体的整体功能依赖于宿主胃肠道内有益细菌的帮助。这项研究的目的是确定哪种类型的有益细菌最能抵抗杀死牡蛎幼体的致病菌。研究人员说,特别是溶珊瑚弧菌,在海水养殖中很常见,具有极高的致病性,因此,牡蛎养殖需要一种兼顾成本效益的方法来抵御它。俄勒冈州立大学的研究人员培养了几种天然细菌菌株,并在实验室条件下筛选他们抵御弧菌的能力,从中选择出了对致病菌表现最好的菌株。

研究小组在与牡蛎养殖场相似的水条件下培养幼体。当牡蛎孵化24 h后,用不同菌株的益生菌对他们进行处理,首先是单独处理,然后是最有前途的菌株的组合。48 h后,将幼体暴露于溶珊瑚弧菌。结果是惊人的,与未处理的对照组相比,4种益生菌单菌株处理的存活率平均提高了68%以上,其中一种菌株的存活率提高了99.7%。然后,研究人员用最有前途的单个菌株的组合处理幼体。不同的2株和3株组合可使幼体存活率提高86%。14～16天后,益生菌似乎仍然有效果,经过处理的幼体自然固着率和蜕变为牡蛎稚体的比率明显高于未经处理的幼体,壳也明显更大。SCHUBIGER表示,促进牡蛎生长的确切机制尚不清楚,但生长和固着率的提高是在提高存活率之外的一个意想不到的好处。有可能在他们早期发育时影响了一些东西,比如免疫反应,从而让他们在之后的生长中有更好的表现。

研究小组设想将益生菌做成冻干材料,洒在产卵桶中。在生活史早期进行处理意味着只需要非常少量的益生菌,这使得处理更具成本效益。SCHUBIGER表示,他们下一步是测试与第4种益生菌的结合,并致力于将益生菌与作为牡蛎幼体最初食物来源的微藻一起生长,这样益生菌就可以从产卵后就一直接触他们。该研究的主要参与者包括前俄勒冈州立大学农业科学学院的DAVID MADISON、兽医学院的SPENCER LUNDA、理学院的RYAN MUELLER和农业科学学院的CHRIS LANGDON。研究由NOAA国家海洋基金和Saltonstall-Kennedy基金资助。

杨林林译自USA: American researchers have created a combination of probiotics to improve the survival of oyster larvae,FIS,2022-10-06

大型金枪鱼喜欢让鲨鱼刮擦自己

西澳大利亚大学的海洋生物学家研究发现,鲨鱼是大型远洋性鱼类首选的刮擦对象,这有助于改善他们的健康。来自西澳大利亚大学海洋未来实验室和生物科学学院的博士后CHRIS THOMPSON和JESSICA MEEUWIG教授的这一研究成果发表在《PLOS One》杂志上。

想象你是一尾巨大的黄鳍金枪鱼,在离海岸几英里远的蓝色海洋中无忧无虑地游来游去,直到你开始感到眼睛附近有点痒。也许只是擦伤在愈合,也可能是小甲壳类动物在啃你的皮肤,你会怎么做?你没有手可以把它摘下来。你身边没有清洁工隆头鱼帮你小心翼翼地把它拔下来,就像在珊瑚礁上一样。研究人员研究了数千小时公海生物生活的视频,发现了金枪鱼和其他鱼类是如何解决这个问题的。答案可能是你最想不到的——鲨鱼。

大型鱼类喜欢和鲨鱼擦肩。刮擦很可能是为了去除寄生虫、死皮和其他刺激物。这些鱼是各类寄生虫的宿主,但他们的生活环境给他们提供了很少的清除选择。研究记录了太平洋、印度洋和大西洋中的几种鱼类和鲨鱼之间的刮擦互动。发现这些鱼类更喜欢在鲨鱼身上刮擦,而不是在其他鱼身上。体型也很重要,较小的鱼很少去和较大的鲨鱼刮擦,可能是因为有被吃掉的风险。鲨鱼的皮肤是由像小牙齿一样的结构组成的,被称做“盾鳞”。它摸起来像砂纸(在前工业时代就被用来做砂纸),因此,它是一个特别适合刮擦的表面。比起身体其他部位,鱼类更倾向于刮擦自己的头部和身体两侧。这是受寄生虫损害最严重的区域,包括眼睛、鼻孔、鳃和身体两侧的侧线系统。

研究还发现不同种类的鱼在刮擦方式上有所不同。金枪鱼很有秩序,排在鲨鱼后面,轮流擦着鲨鱼的尾巴。纺锤鰤不守规矩,在鲨鱼的后半边形成一个鱼群,轮流冲出去撞它的身体。研究人员在分析了数千小时的水下视频后发现了这一现象,这些视频是用漂流在海上带诱饵的摄像机系统拍摄的。他们查看、识别并计数测量了观察到的所有个体,收集的数据对确定种群趋势很重要。

杨林林译自Australia: Large tuna prefer using sharks for scratch themselves,FIS,2022-10-28

海洋变暖并不会缩小所有海洋动物的栖息地

BRAD SEIBEL至今还记得20年前那些听起来像科幻电影的头条新闻:“蒙特利湾巨型乌贼入侵”。当时他是蒙特利湾水族馆研究所的博士后。这绝不是虚构的。这种历来生活在更偏热带地区的贪吃动物以创纪录的数量出现在加州中部海域,用鳕鱼、岩鱼和其他重要商业物种填饱他们的胃,让当地渔民感到沮丧。科学家们认为他们的到来与气候变化和过度捕捞有关,但细节尚不清楚。

SEIBEL现在是旧金山大学海洋科学学院的教授和海洋生理学专家,他最近在《自然气候变化》(Nature Climate Change)杂志上发表了一篇论文,阐明了那些很久以前的头条新闻,将他在墨西哥加利福尼亚湾20多年来收集的有关动物新陈代谢的信息和7次调查联系起来,为一些动物如何应对海洋变暖的故事增添了新的篇章。SEIBEL表示,近年来的基本假说是,随着海洋变暖,含氧量下降,海洋中的动物将被赶出他们的原生栖息地,迁移到更北更凉爽的水域。但这过于简单化了。并不是所有的海洋动物对环境变化的反应都是一样的。SEIBEL以前的研究生MATT BIRK参与了这项研究。BIRK现在是宾夕法尼亚州圣弗朗西斯大学的教授。这项研究首次深入研究了氧气、温度和垂直迁移动物代谢需求之间的关系,研究包括各种海洋动物,从被称为磷虾的微小甲壳类动物到6英尺(约1.83 m,译者注)长的巨型乌贼。SEIBEL和BIRK通过建模来了解6种磷虾和巨型乌贼如何对昼夜栖息地的不同参数做出代谢反应。

SEIBEL表示,垂直迁徙与基本假说背道而驰,这种假说主要是基于对沿海动物的研究。随着海洋变暖,生活在热带地区的乌贼和其他垂直迁徙动物可能会向北扩展他们的栖息地,但不一定会离开他们的原生热带地区。这可能是20年前发生在蒙特利的事情。厄尔尼诺现象暂时给海岸带来了温暖的海水(可以把它看作一个相对短期的气候变化场景)。温暖的海水允许乌贼向北扩展活动范围,在那里他们有了新的食物来源,但是严重影响了当地的渔业,尽管在更靠近热带的纬度地区食物也很充足。这并不是因为没有足够的氧气,也不是因为南方太热;在厄尔尼诺现象发生之前,北方的气候对他们来说太冷了。这是与他们的代谢需求有关的细微差别。垂直迁徙物种与沿海物种的生活方式非常不同,沿海物种生活在大气混合良好的水域中,氧气的供应相当稳定。垂直迁徙物种白天生活在深海,那里又冷又黑,氧气较少,晚上他们会游几百米到相对温暖的海面觅食,那里氧气充足,觅食也更安全。这项研究是一个很好的例子,表明从经过充分研究和易捕捉生物体中得出的结论,可能不适用于所有海洋物种,因为海洋物种生活方式具有多样性。研究结果表明温度对垂直迁移物种代谢率的影响是大多数沿海物种的4～5倍。举例来说,在深海里,乌贼根本不怎么活动。当迁移到较浅的水域觅食时,他们的代谢率会迅速上升。将温度升高对垂直迁移动物代谢率的影响纳入模型,结果表明,到21世纪末,气候变化将使垂直迁移动物的栖息地向南北扩展10～20°。SEIBEL表示,需要深入研究动物生理学,更好地理解各种物种进化和适应环境条件的方式。

杨林林译自USA: Warming oceans likely to shrink the viable habitat of many marine animals-but not all,Science Daily,2022-10-18

日本渔业和寿司产业在全球变暖中面临挑战

全球变暖导致海洋温度上升,这对日本的渔业造成了毁灭性的影响。鱼越来越瘦了,且正在向北移动。专家警告说,北海道的鲑鱼最终会耗尽。在宫城县盐釜市,市场上排列着巨大的蓝鳍金枪鱼,还有成箱的鱿鱼和比目鱼。尽管这个港口城市物产丰富,但渔民和批发商的经验却预示着日本料理的黯淡未来。在市场工作的MIKI SEINO指着一条秋刀鱼,带着疲惫的表情说道,与几年前相比,捕捞量减少了,鱼也越来越瘦了。听说水温的上升正在影响日本东北地区的渔业。此外,鱼的价格也很难上涨。全球变暖导致的海洋环境变化被认为是导致日本鱿鱼、太平洋鲑鱼等渔业捕捞量下降的原因。一团温暖的海水出现在太平洋的黑潮中,将物种的迁徙产卵路线推向离岸,那里食物稀缺。这导致渔业捕获量减少,且物种质量降低。

另一方面,高知县渔民正在大量捕捞高脂肪含量的鲣鱼。但这可能是一个“警告”而不是福利。在过去的40年里,该县拱门湾的冬季海面温度已经达到了2℃。这意味着鱼有更多的食物。然而,从长远来看,富含矿物质的水不会上升到水面,以其为食的小鱼的数量将会减少,导致鲣鱼的数量减少。东京大学大气与海洋研究所教授SHINICHI ITO表示,不断上升的水温导致一些鱼类,如黄尾鱼和马鲛鱼,在与过去不同的地方上岸。这些鱼在比10年前更靠北的地方捕获,可以说是气候变化的结果。他还说流行的寿司原料鲑鱼也面临着同样的危机。鱼类无法调节自己的体温,所以他们不得不向北移动。根据SHINICHI ITO对海水温度变化的模拟,在未来几十年内,即使是北海道周围也可能没有鲑鱼。由于这些变化,一些物种的消失将不可避免地影响日本人的饮食。与此同时,这意味着非本地物种将增加。换句话说,它会对扇贝、蛤蜊、牡蛎、螃蟹和虾的生长产生负面影响。ITO表示,大多数人没有意识到这个问题有多严重。无论2100年后会发生什么,那都是遥远的未来,不是眼前的问题。SEINO也担心这种情况会持续很久。最后,他表示,之前只在夏天有鱼上市,但现在鱼可以从秋天持续卖到冬天。

杨林林译自Japan: Can lean Japanese fish and sushi survive global warming? FIS,2022-11-23

海龟胚胎性别决定研究取得新进展

研究发现温度依赖性生物的性别决定中缺失一环。与人类不同,海龟、蜥蜴和其他爬行动物(如鳄鱼)没有性染色体。他们的性别是由环境决定的,这使得他们的性别特别容易受到气候变化的影响。孵育温度的升高可能危及两性繁殖。监测这些物种的性别比至关重要,因为可以评估他们在当前和未来气候变化下的脆弱性。虽然性别比预测已经取得了很大的进展,但由于缺乏准确和具有代表性的区域群体性别比估计,研究受到了阻碍。其结果是,性别比的计算可能是有偏差的。

佛罗里达大西洋大学与法国巴黎萨克雷大学的研究人员合作,证明了由温度驱动的关键发育过程的时间对于确定海龟胚胎的性别至关重要。他们还首次将最广泛使用的性别比预测方法的输出结果与海龟自然孵化的实际性别比进行了比较。他们开发了一种新的方法来综合研究温度波动对胚胎性别决定的影响,并比以往的模型在预测性别比上有更高的准确性。这种方法使用新的参数来测量温度致雄性化或雌性化的强度,这些参数揭示了温度敏感的性别决定机制是如何工作的。

在这项研究中,研究人员使用了一种结合了生长速率的热反应范式和生长函数的胚胎生长模型,模拟了红海龟(CarettaCaretta)胚胎在孵化过程中大小的变化。热反应范式代表了表型的范围,即当卵群暴露在不同的温度或其他不同的环境条件下时产生的性别比。2002—2018年,研究人员在佛罗里达州的6个筑巢海滩记录了151个红海龟巢穴孵化期间的总温度。发表在《生态模型》(Ecological Modelling)杂志上的研究结果表明,孵化环境的温度可能比目前认识到的更早开始影响性腺的分化。研究结果显示,温度影响性别决定有2个关键阶段,即发育热敏感期的开始和结束阶段。这是发育过程中性别分化不可逆转的决定时期。该研究的参与者,佛罗里达大学查尔斯E. Schmidt科学学院的生物科学教授JEANETTE WYNEKEN博士表示,与鱼类的情况类似,观察到温度敏感期发生在性腺组织学分化开始之前,这些性腺组织之后会发展成卵巢或精巢。

研究结果证实了之前的担忧,即胚胎的性别定向分化为雌性或雄性的热敏感期与孵化的中间三分之一时间不匹配。在自然界中,孵化温度并不是恒定的,所以发育的速度也不是恒定的。此外,用孵育时间的中间三分之一时间来估计热敏期,大大降低了自然巢穴性比估算的准确性。这些发现对于其他具有温度依赖性性别决定的爬行动物可能是类似的,因为类似的分子决定因素和酶机制在起作用。理论上可导致2种性别均产生50%的温度被称为“关键温度”,而产生2种性别的温度范围被称为“过渡温度范围”。WYNEKEN表示,鉴于关键温度和过渡温度范围仅针对恒定的孵化温度而定义,当温度波动时,平均孵化温度不能被用于可靠的性别比预测。换句话说,必须使用与生物相关度更高的替代物来预测自然群落的性别比。

为了预测孵化性别比,当所关注的物种在成年阶段之前没有外部的性二态时,使用基于温度的间接方法特别方便。一般来说,海龟的特点是长寿和晚熟,他们在接近性成熟之前不会发生两性分化。海龟物种通常需要超过25年的时间才能性成熟。研究性别决定具有温度依赖性的爬行动物中的性别分化热反应范式将有助于提供与生态相关的孵化性别比估计,这对于评估气候变化背景下种群的生存能力至关重要。WYNEKEN表示,重要的是,研究结果为温度依赖性性别决定的作用机制提供了新的见解,并将有助于预测全球濒危种群的未来前景。该研究的共同作者是巴黎萨克雷大学的JONATHAN R. MONSINJON博士和JEAN-MICHEL GUILLON博士,通信作者为MARC GIRONDOT博士。红海龟的性别比研究得到了国家拯救海龟基金会、内利根海龟研究支持基金和个人基金的支持。

杨林林译自USA: New critical period of embryonic sex determination in sea turtles identified,Science Daily,2022-11-15