研究簡介:魚類在早期生命階段的生存取決于多種因素的有利組合，包括海洋學、氣候和生物因素。魚卵、胚胎和幼魚由于缺乏游泳能力，容易受到環境影響，導致高死亡率。氣候變化對仔魚生存的影響特別令人關注，特別是海洋酸化（OA）現象。OA可能通過擾亂酸堿平衡，影響魚類早期生命階段的生理、能量或行為。研究顯示，魚類幼體的皮膚和鰓離子細胞在維持酸堿平衡中起著重要作用。這些離子細胞的功能與成體魚類相似，對于理解早期生命階段的生存至關重要。對OA影響的研究發現，盡管仔魚暴露于高pCO2環境會引起耳石增大和神經行為改變，但仔魚和成魚都能通過調整酸堿平衡來維持血液pH值。此外，水產養殖設施在研究和漁業管理中發揮著重要作用，特別是在為實驗提供魚類方面。Hubbs-海洋世界研究所通過其循環水族箱系統（RAS）為研究提供了重要支持，包括與Scripps海洋研究所的合作，研究了高pCO2對白海鱸幼體的影響。本研究進一步探討了高pCO2環境下白海鱸仔魚的生理響應，包括酸堿機制的調整和能量消耗的變化。研究方法包括分析皮膚離子細胞、NKA豐度、靜息氧消耗率測試（unisense微呼吸系統）和體長，以及對親魚條件的回顧性分析，以更好地理解OA對魚類早期生命階段的影響。

Unisense微呼吸系統的應用

使用Unisense MicroRespiration系統和SensorTrace Rate軟件（Unisense）測量了白鱸幼體仔魚的靜息O2消耗率（rOCR）。從每個容器中取出十個白鱸仔魚，將五個仔魚的兩個副本組放入兩個含有來自相應容器的海水的4毫升玻璃微呼吸室中。通過浸入水浴，將微呼吸計室中的海水維持在18℃，并使用玻璃嵌入式微磁子以600 rpm的速度攪拌。鑒于它們的體型小，常常對仔魚群體進行OCR測量。經過10分鐘的適應期后，每秒測量一次室內的O2濃度，持續50分鐘。每15分鐘觀察一次仔魚的行為，持續1分鐘。在只含有海水的室內測量背景微生物呼吸速率。將O2濃度隨時間的線性回歸的斜率視為每組五個仔魚的rOCR。對每個容器進行兩次測量，取平均值，并減去背景微生物呼吸。通過將群體的rOCR除以五，估算出單個仔魚的rOCR。對這些基于個體的rOCR（μL O2 ind?1 h?1）估計值進行了統計分析。

實驗結果

探討了海洋酸化（OA）對白鱸（Atractoscion nobilis）幼體生長和離子調節能力的影響。研究中使用控制條件（pCO2為542±28μatm）和升高條件（pCO2為1831±105μatm）分別培育了白鱸的卵和幼體，持續至受精后五天。通過Na+/K+-ATPase（NKA）酶的免疫檢測確定了皮膚離子細胞。與控制組相比，暴露于升高pCO2的幼魚具有顯著更多的皮膚離子細胞數量和密度。然而考慮到離子細胞的大小時，相對離子細胞面積（作為總離子調節能力的代理）沒有改變。同樣在5 dpf時，控制組和實驗組幼魚的相對NKA含量、靜息氧氣消耗率和總長度之間沒有差異，也沒有在2至5 dpf期間相對離子細胞面積和總長度變化的速率方面的差異。

圖1、實驗幼體白鱸的總長度。對照（黑色，圓圈）和OA暴露（紅色，三角形）幼蟲(A)受精后5天的總長度（t(10)=0.4717；p=0.6473），以及(B)2至5天內的總長度受精后（F(1,20)=0.6512；p=0.4292）沒有顯著差異。

圖2、暴露于對照或OA條件下的白鱸幼蟲的生理反應。(A)離子細胞數量(t(16)=2.223；p=0.0410)，(B)離子細胞密度(t(16)=4.106；p=0.0008)，(C)離子細胞大小(t(16)=1.843；p=0.0840)、(D)相對離子細胞面積(t(16)=0.5161；p=0.6129)和(E)相對Na+/K+-ATPase豐度（t(14)=1.297；p=0.2156）受精后5天的幼蟲暴露于對照（黑色，圓圈）或OA（紅色，三角形）條件。(F)受精后2至5天白鱸幼體的相對離子細胞面積((1,20)=0.1689；p=0.6855）。星號表示alpha水平為0.05時的顯著性。

圖3、暴露于對照或OA條件下的白鱸幼蟲的皮膚離子細胞。代表性圖像顯示幼蟲中Na+/K+-ATPase免疫染色的皮膚離子細胞。(A–D)對照治療；(E–H)OA暴露治療；dpf=受精后天數。

圖4、使用unisense微呼吸系統測試白鱸幼體的耗氧率。在50分鐘內測量了來自EXP 1的白鱸幼體（5只為一組）的耗氧率，并將其顯示為時間的函數。在對照組（黑色，圓圈）和OA暴露（紅色，三角形）處理中飼養的幼體之間，未檢測到耗氧率存在顯著差異（t(14)=0.0918；p=0.928）。

圖5、在收集白鱸幼體前的3.5年中，監控了白鱸幼體魚缸的水質。圖（A）顯示了pH值，圖（B）顯示了pCO2。右上角的紅箭頭標識了收集魚卵的日期。(A)pH和(B)pCO2。

結論與展望

本探索目的是通過探索白鱸幼體生理學的其他方面來擴展這些形態和行為觀察。研究表明白鱸幼體在面對未來一個世紀預測的高pCO2條件（約為2000μatm）時，相對于離子細胞面積（RIA）、NKA含量、相對氧氣消耗率（rOCR）（unisense微呼吸系統測試獲得）和長度等方面并未顯示出明顯的差異。這說明白鱸幼體似乎能夠適應海洋酸化（OA），而不會出現在離子輸送能力、能量消耗或生長方面的重大變化。然而，深入分析發現了一些潛在的新效應，例如離子細胞大小的變化，提示有必要進行更詳細的研究，以深入了解海洋魚類幼體的基本生理學。這些研究還揭示了關于其在應對海洋酸化和多重壓力時的能量分配，以及通過親本效應、發育可塑性和自然選擇實現的跨代適應的需求。最終，強調了通過與水產養殖設施（如HSWRI）的合作，繼續推動對海洋酸化對魚類影響的理解。本研究提供了有關白鱸幼體對海洋酸化的響應的深入了解，并強調了親本曝露歷史對幼體的影響可能是值得關注的因素。