Ocean acidification modifies behaviour of shelf seabed macrofauna: A laboratory study on two ecosystem engineers, Abra alba and Lanice conchilega  

海洋酸化改變大陸架海底大型動(dòng)物行為：對(duì)兩種生態(tài)系統(tǒng)工程師Abra alba和Lanice conchilega的實(shí)驗(yàn)室研究  

來源：Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, Volume 558, 2023, Article 151831  

《實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)與生態(tài)學(xué)雜志》第558卷，2023年，文章編號(hào)151831  

 

摘要內(nèi)容：  

摘要指出海洋酸化（降低0.3 pH單位）顯著改變兩種關(guān)鍵底棲生物的行為：  

白溝蛤（Abra alba）：懸浮攝食時(shí)間減少86%，沉積攝食時(shí)間減少53%，總攝食時(shí)間降低52%。  

 

沙管蟲（Lanice conchilega）：管腔泵水頻率在酸化1周后增加30%，2周后增加52%。  

 

這些行為變化可能通過生物擾動(dòng)影響沉積物-水界面的物質(zhì)交換和生態(tài)系統(tǒng)功能。  

 

研究目的：  

量化海洋酸化對(duì)兩種底棲關(guān)鍵種（Abra alba和Lanice conchilega）行為的影響。  

 

探究行為改變對(duì)沉積物生物地球化學(xué)過程的潛在生態(tài)意義。  

 

研究思路：  

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：  

 

采集北海沉積物和生物樣本，實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境（溫度19°C，鹽度33.5）。  

 

設(shè)置對(duì)照組（pH 8.1-8.2）和酸化組（pH降低0.3單位），暴露2周（沙管蟲）或4周（白溝蛤）。  

行為監(jiān)測(cè)：  

 

白溝蛤：通過延時(shí)攝影（1秒間隔）記錄攝食行為（懸浮 vs 沉積攝食）。  

 

沙管蟲：通過壓力傳感器記錄管腔泵水頻率，并用Unisense氧微電極同步驗(yàn)證（圖1）。  

 

數(shù)據(jù)分析：t檢驗(yàn)和重復(fù)測(cè)量ANOVA比較組間差異。  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及研究意義：  

白溝蛤攝食行為（圖3）：  

 

 

數(shù)據(jù)：懸浮攝食頻率（OA組降低6倍）、單次攝食時(shí)長（OA組懸浮攝食縮短3倍）、總攝食時(shí)間占比（CTRL:75% vs OA:23%）。  

 

意義：反映生物通過減少酸化海水?dāng)z入來維持生理平衡，但長期可能導(dǎo)致能量短缺。  

沙管蟲泵水頻率（圖4）：  

 

 

數(shù)據(jù)：泵水間隔時(shí)間（CTRL:4分鐘；OA組1周后:3分鐘，2周后:2.8分鐘）。  

 

意義：表明代謝需求增加（如排毒或供氧），可能增強(qiáng)沉積物氧化和營養(yǎng)鹽循環(huán)。  

Unisense氧微電極數(shù)據(jù)（圖1）：  

 

數(shù)據(jù)：同步記錄泵水行為與孔隙水氧濃度動(dòng)態(tài)（氧濃度隨泵水周期性波動(dòng)）。  

 

意義：驗(yàn)證壓力傳感器信號(hào)對(duì)應(yīng)真實(shí)生物灌溉事件，證實(shí)泵水可將含氧水注入沉積物深層（1.5-2 mm深度），直接影響沉積物氧化還原狀態(tài)。  

 

結(jié)論：  

行為適應(yīng)性差異：  

 

白溝蛤通過減少攝食（尤其懸浮攝食）回避酸化脅迫，但可能犧牲長期能量攝入。  

 

沙管蟲通過增加泵水頻率應(yīng)對(duì)代謝需求上升，可能增強(qiáng)生物擾動(dòng)效應(yīng)。  

生態(tài)級(jí)聯(lián)效應(yīng)：  

 

白溝蛤攝食減少可能降低生物擾動(dòng)和有機(jī)質(zhì)礦化速率。  

 

沙管蟲泵水增加可能擴(kuò)大沉積物氧化區(qū)，促進(jìn)微生物活動(dòng)，但長期代謝成本存疑。  

方法學(xué)貢獻(xiàn)：壓力傳感器與Unisense電極聯(lián)用為行為-環(huán)境互作研究提供高分辨率技術(shù)方案。  

 

Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)研究意義：  

丹麥Unisense氧微電極（型號(hào)ox25）在本研究中實(shí)現(xiàn)了：  

行為-環(huán)境耦合驗(yàn)證：通過同步監(jiān)測(cè)泵水事件與孔隙水氧濃度變化（圖1），首次證實(shí)沙管蟲單次"活塞泵"行為可使沉積物1.5-2 mm深處氧濃度瞬時(shí)上升，量化了生物灌溉對(duì)微尺度氧化環(huán)境的塑造能力。  

 

機(jī)制解析：數(shù)據(jù)顯示泵水頻率增加52%可將更多酸化水體泵入沉積物深層，可能擴(kuò)大酸化對(duì)底棲微生物群落的影響范圍。  

 

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：微電極的毫米級(jí)空間分辨率（優(yōu)于傳統(tǒng)分層采樣）和秒級(jí)時(shí)間分辨率，揭示了傳統(tǒng)方法無法捕捉的瞬態(tài)生物地球化學(xué)響應(yīng)，為預(yù)測(cè)海洋酸化對(duì)底棲生態(tài)系統(tǒng)功能的影響提供關(guān)鍵機(jī)理參數(shù)。