Ocean acidification does not impair the behaviour of coral reef fishes
海洋酸化不会影响珊瑚礁鱼类的行为
2024.10.19
背景
在过去一个世纪，海洋中CO2的分压迅速攀升，从工业化前280μatm上升至目前的约410μatm水平，本世纪末海洋CO2的分压预计将达到900-1000μatm，超过了过去3000万年中大部分海洋物种所经历的水平
海洋中CO2的浓度的上升将引起海洋酸化，即海水pH值下降，而海水化学种种平衡的迅速改变，使得长期依赖于化学环境稳定性的多种海洋生物乃至生态系统面临巨大威胁
先前研究报道指出，CO2升高对珊瑚礁鱼类的感觉和行为产生不利影响，包括：
神经感觉和行为终点
检测捕食者嗅觉化学信号的先天能力
幼虫探测成年栖息地嗅觉线索的能力
等等
这些结论真的具有信服力吗？
1. 鱼类拥有高度发达的酸碱调节系统
2. 在自然环境中珊瑚礁鱼类经历了巨大的日间和季节性CO2波动
3. 先前研究的物种之间存在显著差异
4.先前研究中的存在异常低的可变性
5.......
验证先前实验，并建立一个关于海洋酸化对鱼类影响的可靠和独立可重复的数据库
实验方法与结论
研究时间：2014-2016年（为期3年）
研究对象：6个物种的900余只珊瑚礁雀鲷
研究指标：高CO2下，鱼类对捕食者化学信号的反应(1)、鱼类的活动水平(2)和鱼类行为侧向性(3)
同时，为了确保研究方法具备充分的证明文件和可复制性，实验行为实验原始数据和视频的公开，并接受外部评估，以增强数据透明度并减少可能存在的方法偏差
1
高CO2是否影响鱼类对捕食者化学信号的反应
先前研究：高CO2环境会导致珊瑚礁鱼类对捕食者的化学信号判断错误，接近而非躲避捕食者
连续三年的时间，研究人员对6种珊瑚礁鱼类的560个个体进行了视频记录并进行分析，鱼类在含有捕食者化学信号的水中所花费的时间百分比，以研究高CO2水平对它们对捕食者化学信息的躲避行为产生的影响
第一年
对四种野生鱼类成体和亚成体进行20分钟的行为观察实验
统计结果显示，高CO2水平对四种鱼类躲避捕食者化学信号无显著影响
第二年
对人工饲养AP幼体进行20分钟的行为观察实验，同时增加样品量并加长检验周期
对照组有37-41%的时间待在含有捕食者化学信号的水域；
而实验组有51-57%的时间待在含有捕食者化学信号的水域。
表明，高CO2水平对人工饲养的AP幼体躲避捕食者化学信号存在趋向影响但影响较弱
第三年
对3种鱼类的不同生长阶段的个体进行20分钟的行为观察实验
统计结果显示，高CO2水平对3种鱼类不同生长阶段个体躲避捕食者化学信号无显著影响
得出结论
高CO2水平对3种鱼类不同生长阶段个体躲避捕食者化学信号无显著影响
Why与先前报道存在差异？
再次验证：选择数据子集，采用自举回归模型模拟数据并进行分析法，其中：
对照组n=247，
高CO2组n=239，
每次实验4分钟
分析结果表明：
先前关于珊瑚礁鱼类的报告结果是不可靠的
1、自举回归模型输出的频率直方图显示，没有证据证明CO2影响珊瑚礁鱼类对化学信号的躲避
2、并且先前研究中的类内方差远低于实际数据的统计学现实
高CO2环境是否会影响珊瑚礁鱼类的活动水平
2
先前研究：在本世纪末CO2水平下，高CO2环境会导致珊瑚礁鱼类的活跃水平上升至90倍
连续三年的时间，研究人员对6个品种的582个个体进行了拍摄，并使用自动跟踪软件来量化它们的游泳活动水平（每分钟游动次数）
第一年
（1）对五个品种的成体和亚成体进行评估
统计结果显示，高CO2水平对3种鱼类活动水平没有显著影响，对于存在趋势变化的DA和AP鱼进行进一步探究
（2）针对D. aruanus和A.polyacanthus进行体长和活跃程度的研究
无论对照组还是实验组都体现了体长与活跃度的负相关性，且小于标准体长的个体上这一趋势更为明显，表明活跃可能与体长有关
第二年
（1）对人工饲养AP幼体进行评估，同时增加样品量并加长检验周期
对照组的活跃性略高于实验组，与第一年的实验结果趋势相反。
表明，高CO2对AP鱼活动水平增高的无显著影响
（2）对人工饲养AP幼体进行体长与活跃度相关性的评估
表明，高CO2情况下，体长↑，活动水平↓
第三年
对3种野生鱼类的不同生长阶段的个体进行评估
统计结果显示，高CO2水平对3种鱼类不同生长阶段个体活动水平上升无显著影响
得出结论
高CO2对鱼类活动水平无影响，但活动水平在个体之间变化很大
why与先前文献存在差异？
1、鱼的个体与活跃度存在负相关而先前实验并未考虑到这一点，导致小样本实验的一类错误
2、 采用潜水员or海洋馆划线等人工计数方法，存在误差
3
高CO2是否会影响珊瑚礁鱼类的行为侧向性
先前研究：高CO2可能会导致大脑功能障碍从而减轻或消除鱼类的行为侧向性
个体水平的倾向性：一组个体倾向于一侧的平均转弯次数＞50%
群体水平的倾向性：组中更多个体表现出偶然的侧向偏移（根据α = 0.5的二项分布）
两者相互独立且互不排斥
连续两年的时间，研究人员对4个品种的个体使用T-maze（T型迷宫，动物的空间探究和记忆能力的经典的动物学实验）进行标准绕行实验，对珊瑚鱼类进行了高CO2水平对行为侧向性的影响评估
第一年
（1）对四种鱼进行行为侧向性的评估
统计结果显示，四种鱼类无明显群体水平侧向性且高CO2水平并不会对该特性产生显著影响（Ca鱼在高CO2水平下显示出轻微的群体偏向性P = 0.047）
Pa 对照组具有个体水平侧向性但实验组不具有，进行重复测试，结果显示高CO2组的个体侧向性降低，7-8天后再次测试发现该差异消失
第二年
（1）对人工饲养AP与野生AP幼体进行评估，同时增加样品量并加长检验周期
统计结果显示，AP鱼的行为偏向性没有减弱
表明，高CO2对AP鱼活行为偏向性改变的无显著影响
（2）对人工饲养AP与野生AP幼体进行视力测试
先前研究：高CO2水平对视敏度有损害
实验人员调整偏侧性实验场地，在障碍物一端设置了一条短径，进行鱼类视力测试
预设先前研究正确，那么结果应该是鱼类无偏向性两个实验组的鱼类都表现出对短径的群体性偏好
统计结果显示，CO2增加并不会对鱼的视力产生显著影响
得出结论
CO2增加并不会对珊瑚礁鱼类的行为侧向性与视力产生显著影响
实验思考
实验结论
适应本世纪末CO2水平不会显著改变珊瑚礁鱼类的重要行为，包括活动水平、对捕食者化学信号的反应以及行为侧向性。
实验总结
1. 这项研究对珊瑚礁鱼类在本世纪末CO2水平下的感觉和行为损害进行了多物种、多年份和多生命阶段的测试。研究团队注重提高透明度，通过系统记录实验并提供原始数据和分析代码来展示结果。
2. 研究人员努力匹配先前研究的条件，但结果发现与先前研究有明显差异。特别是在鱼类对捕食者化学信息的反应中，研究人员观察到极端效应大小，但组均值的变异性较低。尽管海洋酸化和珊瑚礁鱼类研究仍受限，但研究人员的研究结果揭示了先前研究中样本规模和方法上的潜在缺陷，应对可忽略变化应持谨慎态度。
参考文献
Ocean acidification does not impair the behaviour of coral reef fishes.[J].Nature,2020,577(7790):370-375.
【声明】
汇报人丨24生化与分子 王栩若 51271300075
与 24细胞生物学 张思怡 51271300109
本文来源于2024年“水生生物学”课堂讨论。
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