贻贝壳多孔化对海洋生态的威胁：美东海岸120年变迁分析

贻贝是重要的海洋生态系统工程师，它们在维持健康海洋生态系统方面发挥着关键作用。它们是许多海洋生物的食物来源，包括鱼类、螃蟹、虾和海鸟等等；它们的空壳，还能为小型无脊椎动物、以及其他生物提供附着和栖息的场所。它们的身体能够过滤水中的浮游生物和颗粒物，还可以帮助稳定海岸线，防止侵蚀。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）注意到，根据一项美国自然历史博物馆的最新研究，研究人员发现过去120年来，美国东海岸沿线贻贝壳的多孔性增加，可能是由于海水变暖所致。这项研究分析了现代贻贝壳 vs 博物馆历史收藏中标本的比较。这项研究于2024年4月17日发表在了《PLOS ONE》期刊上。

美国东海岸是一个重要的商业和生态学上的地区，有着重要的贻贝种群，其中包括蓝贻贝（Mytilus edulis）。从生态学角度来看，蓝贻贝通过滤食改善水质，同时通过形成礁和提供栖息地来维护海岸的稳定。然而，和许多海洋钙化生物一样，海洋变暖和酸化对这些生物造成了越来越大的威胁，影响它们的形态和功能。博物馆的收藏品，在评估长期环境对生物的影响方面非常有用，特别是在自然多重应激环境中，可以考虑适应和适应能力。这项研究利用了来自美国自然历史博物馆收藏的标本，涵盖了从20世纪初到现在时期，展示了贝壳多孔性随时间的变化。

上图：研究中使用的博物馆收藏的历史和现代贻贝壳样本选择。（图片来源：Daniel Kim/ 美国自然历史博物馆）

该研究的首席作者、美国自然历史博物馆教学硕士项目的Kathryn W. Davis博士后研究员Leanne Melbourne表示：“贻贝在许多方面都非常重要：它们为礁提供栖息地，过滤水质，在风暴期间保护海岸，并且在商业上也很重要——我喜欢贻贝，许多人也是如此。人为环境变化正在威胁贻贝和其他软体动物形成贝壳的能力，我们需要更好地了解未来可能面临的风险。”

此前对蓝贻贝（Mytilus edulis）的研究利用实验室实验探究了海洋变暖和酸化对这些重要的海洋无脊椎动物的形态和功能的影响。Melbourne利用了博物馆的大型双壳类收藏品，这些收藏品可追溯到19世纪末，以追踪自然环境中的环境变化。

该研究的科学家们从马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西州和纽约州等地的潮间带采集了贻贝壳。为了涵盖不同年代，他们采集了三个时期（1890-1915、1961-1963、2021-2023）的样本，并确保现代样本经过了清洗和干燥处理。根据水域相似性和地理位置，将采集贻贝壳的点位划分成了五个地点，分别为纳翰特湾、科德角南端、长岛海湾尖端、长岛海湾西部和纽约港。研究人员还利用再分析数据分析了这些地点的季节性海表温度和盐度变化。

上图：采样地点和位置图。图片来源：Leanne A. Melbourne, Nathalie F. Goodkin

在贝壳形态研究上，他们使用数字卡尺测量了所有样品的长度、高度和宽度。另外，他们还利用计算机断层扫描 (CT) 仪器扫描了部分贝壳右侧壳瓣，并通过软件计算其表面积和体积。为了量化贝壳的形状差异，他们运用了几何形态测量学方法，提取了贝壳轮廓的几何信息并进行主成分分析 (PCA)。研究人员将左侧壳瓣嵌入环氧树脂中切割，并抛光制备薄片，在显微镜下测量了整个壳体厚度以及方解石和文石层的厚度。他们还计算了平均厚度、最大厚度以及方解石百分比等参数。他们还使用改进的浮力重量法测量了贝壳的表观孔隙率、堆积密度和微密度。在统计分析上，研究人员使用R软件包进行数据分析，检验了不同地点和时期样本之间的差异。他们还进行了主成分分析，将多个变量结合起来分析贝壳整体形态的差异。通过这些严谨的测量和分析方法，研究人员可以评估贻贝壳的形态、厚度和密度等特征如何随时间和环境变化而发生改变，从而揭示气候变化和其他因素对贻贝生长和海洋生态系统的影响。

研究结果、及解读

研究发现，今天收集的贻贝壳比20世纪60年代收集的贻贝壳更多孔，也比一些早期收集的地点的贻贝壳更多孔，这表明温度升高可能导致了多孔性的增加。自1902年以来，北大西洋的季节性温度增加了最多达3摄氏度（5.4华氏度），但这种变暖并不均匀，这可能解释了历史标本中多孔性变化的一些差异。北大西洋涛动的影响也是一个因素，它在20世纪60年代带来了比预期更冷的水温。

多孔性已知会影响软体动物贝壳的结构完整性，使贝壳变得更脆弱，可能更容易受损。需要进一步研究以确定温度变化，特别是如何影响这些贻贝种群。

这项研究虽然没有明确指出导致孔隙率增加的具体原因，但推测可能与水温上升有关。文章指出，过去 150 年来，海水温度一直在上升，这可能导致贻贝为了生长消耗更多能量，从而降低用于贝壳形成的能量，最终导致孔隙率增加。这项研究揭示了海水变暖对贻贝壳多孔性的影响，同时也指出，未来需要深入研究贻贝种群在材料科学水平上发生的变化。

上图：各种各样的贝壳的标本（摄于国家动物博物馆）。摄影：Linda ©绿会融媒·海洋与湿地

该研究指出，贝壳多孔性的变化差异与过去130年来北大西洋的变暖情况非常吻合，这表明变暖导致了贝壳多孔性的变化。然而，还需要进一步研究，以确定地方环境的影响和完全确定多孔性变化的驱动因素。由于已知多孔性会影响贻贝礁的结构完整性，随着时间推移多孔性的增加可能会对贻贝礁的结构完整性产生负面影响，从而影响栖息地的形成和风暴防御能力。

不过，文章也提到了一些其他可能的影响因素，例如工业化进程导致的硫磺气溶胶排放增加，以及北大西洋涛动 (NAO) 的变化，这些都可能在一定程度上影响贻贝壳的孔隙率。

有趣的是，这项研究并没有发现贻贝壳的形状或厚度受到温度明显的影响。这与欧洲贻贝的研究结果有所不同。这可能表明美国东海岸的贻贝对温度和盐度的变化比欧洲贻贝更不敏感，也可能是因为贻贝将更多的能量用于维持壳的形状和厚度，从而影响了孔隙率。

文章还讨论了另外一个可能的原因：海水酸化。海水酸化会降低海水酸碱度，从而影响贻贝的生长速率和贝壳的形成。然而，这项研究并没有发现贻贝壳的厚度受到明显影响，这可能意味着贻贝能够在一定程度上适应海水酸化的影响。

文章最后指出，由于缺乏详细的环境数据，目前很难确定究竟是海水变暖、海水酸化，还是两者共同作用导致了贻贝壳孔隙率的增加。进一步的研究可以通过监测贻贝生长环境或进行人工养殖实验等方式来进行。

思考题 | 举一反三

贻贝壳变得多孔化可能带来一系列不利影响，可能使贻贝在面对外界冲击和捕食者时变得更加脆弱，增加了其生存风险；还可能影响贻贝的生态功能，如生态系统中的过滤作用和礁形成能力，因为多孔化可能降低了贻贝的结构强度和耐久性。此外，随着壳的多孔化，还可能影响贻贝种群的稳定性，从而影响其在生态系统中的角色和生态服务的提供。所以说，贻贝壳多孔化对海洋生态系统的健康和功能可能带来负面影响，值得进一步研究和关注。读完这篇文章，让我们来思考这样的几个问题：

Q1. 研究人员还可以通过哪些方法来研究贻贝壳对环境变化的反应？

Q2. 为什么贻贝壳的多孔性会增加？是海水温度升高的唯一因素吗？

Q3. 过去120年来，东海岸沿线贻贝壳的变化如此明显，这是否预示着未来贻贝生存面临更大的挑战？那么，人类如何能够采取措施，减缓海洋变暖对贻贝和其他海洋生物的不利影响？

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编译 | Wendy

审核 | 绿茵

排版 | Sara

参考资料略