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浮游生物泵助力棘皮動物幼體的垂直分布研究

2023年08月22日 15:58:05 來源:青島水德科技有限公司

法國索邦大學(xué)科學(xué)家Morgane Guillam基于浮游生物泵原位大體積過濾的采樣方法,采集了法國布雷斯特灣和杜阿爾內(nèi)灣兩個不同水動力環(huán)境條件下的棘皮動物幼體,并進行了系統(tǒng)分析,探索了棘皮動物幼體在垂直方向上的不同分布和擴散模式。

研究背景

棘皮動物在許多海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用,其種群密度的爆發(fā)和死亡易交替、周期性地出現(xiàn),這種豐度迅速而劇烈的變化可能對生態(tài)系統(tǒng)的多樣性、恢復(fù)力和功能產(chǎn)生重要的生態(tài)后果,但目前人們對出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因知之甚少。一些人認為可能是由人為因素造成的,如水質(zhì)退化,海洋資源的過度開發(fā),甚至是引入入侵物種;也有人認為,棘皮動物物種本身的特定生活史(如體外受精、浮游營養(yǎng)化幼體發(fā)育)也可能介導(dǎo)了其成蟲種群豐度的變化。

棘皮動物幼體的擴散取決于水環(huán)境物理特性(主要是局部流體動力學(xué))和不同的生物特性(產(chǎn)卵行為、浮游幼體持續(xù)時間、活躍幼體行為、幼體死亡率和定居行為等)之間復(fù)雜的相互作用。不同的幼體行為(如垂直位置的調(diào)節(jié)、主動垂直遷移、被動下沉)可能會導(dǎo)致其出現(xiàn)局地尺度水平分布的差異。目前,人們對棘皮類幼體的垂直遷移行為過程知之甚少。

本研究以水動力環(huán)境對比鮮明的杜阿爾內(nèi)灣和布雷斯特灣作為研究地點,基于不同的水動力環(huán)境差異條件下,研究棘皮動物幼體在垂直方向上的不同分布和擴散模式。

研究過程

采樣工作于2014年7月16-17日和2015年7月16-17日進行,采樣地點分別位于布雷斯特灣和杜阿爾內(nèi)灣的中心區(qū)域(圖1),采樣日期處于目標物種(蛇尾類幼體)的長時間繁殖期。

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圖1 布列塔尼(法國)布列斯特灣(Br)和杜阿爾內(nèi)灣(Dz)采樣點的位置。

 

每小時在3個不同深度(1.5-3m,10-12m和17-26m,分別對應(yīng)表面、溫躍層和近底水層)采集棘皮動物幼體樣品,使用可潛入水中的浮游生物泵(圖2)進行采樣。本次研究使用的浮游生物泵來自KC Denmark A/S公司,型號為23.570,由泵和收集器兩部分組成。泵由不銹鋼制成,流量為300L/min。本研究采用80μm網(wǎng)目,可以收集所有目標物種的所有幼體階段。采集的樣品使用96%乙醇保存,以待后續(xù)分析。此外,使用ADCP、CTD、PAR等設(shè)備,并結(jié)合三維水動力模型MARS,研究了采樣區(qū)域的局部流體動力學(xué)。

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圖2 KC Denmark A/S公司浮游生物泵,型號23.570

研究結(jié)果

兩個海灣的水溫垂直剖面存在差異。在杜阿爾內(nèi)灣,整個調(diào)查過程中水柱分層,溫躍層位于8.9-15.6 m之間(圖3),水溫變化范圍為14.6(底部)-19.8°C(水表),日間最高。相反,在布雷斯特灣,沒有觀察到垂直分層,溫度在16.6 ~ 17.5℃之間變化。杜阿爾內(nèi)灣的模擬流速范圍在2.10-5 ~ 0.27 ms-1之間,流速隨深度而變化,表層較高,向底部降低,且水流方向隨潮汐變化,夜間在9m深度觀察到動態(tài)分層,水流方向反轉(zhuǎn);而布雷斯特灣的模擬流速范圍在2.10-5 ~ 0.48 ms-1之間,水流速度在垂直方向上是均勻的。

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圖3 杜阿爾內(nèi)灣(左欄)和布列斯特灣(右欄)環(huán)境參數(shù)的垂直剖面圖。

 

對蛇尾幼體進行實驗室分析后的結(jié)果顯示:在杜阿爾內(nèi)灣,海蛇尾(Ophiocomina nigra)幼體占優(yōu)勢,占總幼體豐度的82%;而在布雷斯特灣,脆刺蛇尾(Ophiothrix fragilis)幼體以78%的豐度占優(yōu)勢。在杜阿爾內(nèi)灣,海蛇尾幼體主要分布在水表(3 m)和中層水體(10-12 m),且晝夜有差異。夜間01:00至次日清晨,水表幼體濃度較高(圖4);白天,海蛇尾幼體主要分布在溫躍層及以下。而在布雷斯特灣(圖5),幼體垂直分布均勻,夜間和白天的垂直分布沒有顯著差異。

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圖4 杜阿爾內(nèi)灣3種水深下棘皮類幼體的濃度與晝夜和潮汐的關(guān)系

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圖5 布雷斯特灣3種水深下棘皮類幼體的濃度與晝夜和潮汐的關(guān)系

研究結(jié)論

本文在兩個對比鮮明的水動力環(huán)境中,研究了蛇尾類幼體的垂直分布情況,并發(fā)現(xiàn)在布雷斯特灣,由于強烈的垂直混合作用,所有幼體都均勻分布在水柱中;相反,杜阿爾內(nèi)灣,觀察到海蛇尾幼體的晝夜垂直遷移現(xiàn)象,幼體在夜間上升到水表。兩個海灣中的這些不同模式證實了潮流對幼體通量的影響。


參考文獻

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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