在全球气候变暖的背景下,冬季水温升高正深刻影响着冷水鱼类的生命史策略。太平洋七鳃鳗(Entosphenus tridentatus)作为古老的无颌洄游鱼类,其幼虫需经历从滤食性底栖生活向寄生性游动生活的变态过程,而这一过程被认为受低温冬季和春季升温的协同调控。然而,美国西北部河流冬季水温正以高于夏季的速率上升,可能破坏幼虫变态的环境触发机制。更严峻的是,现有保护评估多聚焦成体对高温的耐受性,忽略了对变态发育这一关键生命阶段的潜在影响。
为解答这一科学问题,美国鱼类与野生动物管理局(US Fish and Wildlife Service)的研究团队开展了一项历时两年的实验室控制实验。他们采集华盛顿州温德河的太平洋七鳃鳗幼虫,通过设置自然水温(最低≤9°C)与人工升温(维持≥9°C)两种处理,结合生长监测和变态率统计,系统评估了冬季升温对幼虫发育的影响。研究成果发表在《Environmental Biology of Fishes》,为气候适应性保护提供了新见解。
研究采用三项关键技术:1) 野外电捕法(ABP-2 backpack electrofisher)采集预变态幼虫(依据Whitesel等2020年模型筛选TL≥91-138mm个体);2) 实验室模拟系统(Columbia River水源,温度记录仪HOBO? MX2201/2202)实现自然与升温(加热器Finnex TH-0500S)水温控制;3) 双队列设计(2020-2021年Cohort 1与2021-2023年Cohort 2)比较不同生长速率下的变态响应。
Tank temperatures
水温监测显示升温组成功维持冬季最低温高于自然组(图1)。尽管设备故障导致升温组短暂(20-48小时)温度波动至6.1-10.2°C,但年均积温(ATU)仍显著高于自然组(4836-4983 vs 4397-4705)。春季升温时间在升温组延迟46-58天,但变态率未受影响。
Body size and metamorphosis
Cohort 1幼虫首年生长速率(4.5-5.1 mm/月)显著高于野外种群(2-4 mm/月),首年变态率达40%;而生长较慢的Cohort 2(2.4-3.2 mm/月)首年变态率仅6%。但两年累计变态率在两组间无显著差异(自然组80% vs 升温组76%),且极端升温条件下仍实现100%变态(低投喂组)。体型分析显示未变态个体平均条件因子(CF)达1.75-1.79,符合已知能量储备阈值。
讨论与意义
这项研究首次证实太平洋七鳃鳗幼虫变态对冬季短期升温(≥9°C)具有显著抵抗力,推翻了过去基于海七鳃鳗(Petromyzon marinus)提出的"低温冬季必需"假说。这一适应性可能源于其广纬度分布带来的温度可塑性,以及实验室充足的食物供给抵消了升温导致的代谢消耗。研究强调气候变化对七鳃鳗的威胁应更关注成体迁移障碍而非幼虫变态抑制,为保护实践指明优先方向——如改善鱼道通行性、减少夏季成体热应激等。未来研究需结合野外种群验证实验室发现,并探究长期气候变暖与食物供给的交互效应。