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科技工作者之家 2019-05-10
近日,美国加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家们在《实验生物学杂志》上发表论文称,他们发现海水中的氧气浓度较低会导致一些海洋无脊椎动物失明。这是首个证明海洋无脊椎动物的视觉对水中的氧气含量非常敏感的研究。
对陆生动物的研究已经表明,低氧会影响视力。事实上,人类在低氧条件下会失去视觉功能。例如,在高空飞行的飞行员,如果不能给驾驶舱补充额外的氧气,就会出现视力障碍。此外,一些会损害视力的健康问题,如高血压和中风,都与失氧有关。这项研究的主要作者、斯克里普斯海洋学的博士生Lillian McCormick说:“关于氧气影响陆地动物视力的所有这些知识,让我想知道海洋动物是否也会做出类似的反应。”
利用在斯克里普斯海域采集到四种海洋无脊椎动物——市场鱿鱼(market squid)、斑点章鱼(two-spot octopus)、金枪鱼蟹( tuna crab)和短尾蟹( brachyuran crab)的幼体,McCormick测试了暴露在低氧环境下,它们的视觉会发生怎样的短期反应。
实验中,他们将这些幼体放在显微镜的载物台上,并让含氧量逐渐降低的海水流过。与此同时,幼体需要暴露在可以引起视觉反应的光照下。此外,实验人员还利用一种被称为视网膜电图的技术将电极连接到它们的视网膜上,进而测量其视觉反应。McCormick说:“可以把这个装置想象成眼睛的心电图机。不同的是,我们所做的不是测量测量心脏的电活动,而是观察眼睛的视网膜部分。”
实验结果令研究人员吃惊。结果显示,在低氧条件下,这些幼体的视力下降了60% - 100%。
一旦氧气供应从良好(如海洋表面海水的含氧量)开始下降,幼体立即会有所反应。这一点在短尾蟹和鱿鱼身上表现得尤为明显,它们在最低氧气条件下(约为表面氧气水平的20%)几乎丧失了所有视力。章鱼耐受的时间更长,其视网膜的反应只有在氧气减少到一定水平后才会下降,而金枪鱼蟹则相当有弹性——成年金枪鱼蟹能忍受低氧水域。
McCormick说:“我很惊讶地发现,即使在接触低氧的几分钟内,这些物种中的一些实际上就失明了。”幸运的是,当氧气水平恢复时,大多数样本动物都恢复了一些视觉功能,这表明在短期低氧环境下,这种损伤可能不是永久性的。
McCormick还对这种视力下降会如何影响动物的行为感兴趣,尤其是对那些视力丧失情况最严重的动物来说。这些动物的正常生存依赖于光带来的线索,迁移就是一个例子:幼体会在水中进行垂直迁移,即白天下沉到较深的地方,晚上上升到表面,此时正是利用光强的变化作为迁移的线索。此外,幼体还依靠视觉来寻找猎物和躲避捕食者。
在这项研究中,鱿鱼幼体的视网膜在低氧环境下的反应速度较慢,说明这种视觉损伤可能会抑制幼体对桡足类动物的识别和进食能力。失去对光线强度变化(如捕食者的阴影)做出反应的能力,也可能会降低这些高度依赖视觉的幼体的存活率。
正常情况下,在海水中的氧气浓度也会在日、季和年的时间尺度上发生变化。随着深度的增加,数值也会有较大的波动。然而,由于受人类导致的气候变化甚至污染的影响,这些条件正在发生异常的改变。大气变暖导致海水温度升高,这就减少了氧气充足的表层水与氧气匮乏的深层水之间的混合。近岸海水的富营养化也是一个重要的问题。水中过量的营养物质助长了浮游生物的大量繁殖,然后耗尽了溶解在水中的可用氧气。这可能导致鱼类和其他海洋动物的死亡。可以预见,以上情况会间接影响到无脊椎动物的生存。
研究人员同时表示,以上研究结果是建立在短期急性反应的基础上的,McCormick很好奇长期暴露在低氧环境中会对这些野生动物产生怎样的影响。未来,她将测试不同氧气条件下的视觉行为,并将生理学和行为学研究的结果与海洋中的氧气和光照条件进行长期比较。
科界原创
编译:Max
审稿:阿淼
责编:张梦
期刊来源:《实验生物学杂志》
期刊编号:0022-0949
原文链接:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-05/uoc--lol050819.php
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