浮游生物泵助力棘皮动物幼体的垂直分布研究
2023-08-22618
法国索邦大学科学家Morgane Guillam基于浮游生物泵原位大体积过滤的采样方法，采集了法国布雷斯特湾和杜阿尔内湾两个不同水动力环境条件下的棘皮动物幼体，并进行了系统分析，探索了棘皮动物幼体在垂直方向上的不同分布和扩散模式。棘皮动物在许多海洋生态系统的结构和功能中发挥着关键的作用，其种群密度的爆发和死亡易交替、周期性地出现，这种丰度迅速而剧烈的变化可能对生态系统的多样性、恢复力和功能产生重要的生态后果，但目前人们对出现这种极端现象的原因知之甚少。一些人认为可能是由人为因素造成的，如水质退化，海洋资源的过度开发，甚至是引入入侵物种；也有人认为，棘皮动物物种本身的特定生活史（如体外受精、浮游营养化幼体发育）也可能介导了其成虫种群丰度的变化。
棘皮动物幼体的扩散取决于水环境物理特性（主要是局部流体动力学）和不同的生物特性（产卵行为、浮游幼体持续时间、活跃幼体行为、幼体死亡率和定居行为等）之间复杂的相互作用。不同的幼体行为（如垂直位置的调节、主动垂直迁移、被动下沉）可能会导致其出现局地尺度水平分布的差异。目前，人们对棘皮类幼体的垂直迁移行为过程知之甚少。本研究以水动力环境对比鲜明的杜阿尔内湾和布雷斯特湾作为研究地点，基于不同的水动力环境差异条件下，研究棘皮动物幼体在垂直方向上的不同分布和扩散模式。采样工作于2014年7月16-17日和2015年7月16-17日进行，采样地点分别位于布雷斯特湾和杜阿尔内湾的中心区域（图1），采样日期处于目标物种（蛇尾类幼体）的长时间繁殖期。
图1 布列塔尼（法国）布列斯特湾（Br）和杜阿尔内湾（Dz）采样点的位置
每小时在3个不同深度（1.5-3m，10-12m和17-26m，分别对应表面、温跃层和近底水层）采集棘皮动物幼体样品，使用可潜入水中的浮游生物泵（图2）进行采样。本次研究使用的浮游生物泵来自KC Denmark A/S公司，型号为23.570，由泵和收集器两部分组成。泵由不锈钢制成，流量为300L/min。本研究采用80μm网目，可以收集所有目标物种的所有幼体阶段。采集的样品使用96%乙醇保存，以待后续分析。此外，使用ADCP、CTD、PAR等设备，并结合三维水动力模型MARS，研究了采样区域的局部流体动力学。
图2 KC Denmark A/S公司浮游生物泵，型号23.570
两个海湾的水温垂直剖面存在差异。在杜阿尔内湾，整个调查过程中水柱分层，温跃层位于8.9-15.6 m之间（图3），水温变化范围为14.6（底部）-19.8°C（水表），日间Z高。相反，在布雷斯特湾，没有观察到垂直分层，温度在16.6 ~ 17.5℃之间变化。杜阿尔内湾的模拟流速范围在2.10-5~0.27 ms-1之间，流速随深度而变化，表层较高，向底部降低，且水流方向随潮汐变化，夜间在9m深度观察到动态分层，水流方向反转；而布雷斯特湾的模拟流速范围在2.10-5~ 0.48 ms-1之间，水流速度在垂直方向上是均匀的。图3 杜阿尔内湾（左栏）和布列斯特湾（右栏）环境参数的垂直剖面图
对蛇尾幼体进行实验室分析后的结果显示：在杜阿尔内湾，海蛇尾（Ophiocomina nigra）幼体占优势，占总幼体丰度的82%；而在布雷斯特湾，脆刺蛇尾（Ophiothrix fragilis）幼体以78%的丰度占优势。在杜阿尔内湾，海蛇尾幼体主要分布在水表（3 m）和中层水体（10-12 m），且昼夜有差异。夜间01:00至次日清晨，水表幼体浓度较高（图4）；白天，海蛇尾幼体主要分布在温跃层及以下。而在布雷斯特湾（图5），幼体垂直分布均匀，夜间和白天的垂直分布没有显著差异。图4 杜阿尔内湾3种水深下棘皮类幼体的浓度与昼夜和潮汐的关系
图5 布雷斯特湾3种水深下棘皮类幼体的浓度与昼夜和潮汐的关系
本文在两个对比鲜明的水动力环境中，研究了蛇尾类幼体的垂直分布情况，并发现在布雷斯特湾，由于强烈的垂直混合作用，所有幼体都均匀分布在水柱中；相反，杜阿尔内湾，观察到海蛇尾幼体的昼夜垂直迁移现象，幼体在夜间上升到水表。两个海湾中的这些不同模式证实了潮流对幼体通量的影响。
参考文献
1. Guillam M, Bessin C, Blanchet-Aurigny A, et al. Vertical distribution of brittle star larvae in two contrasting coastal embayments: implications for larval transport[J]. Scientific Reports, 2020, 10(1): 12033.
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