加州大學(xué)圣地亞哥分校斯克里普斯海洋研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，海水中的低氧水平可能會(huì)使一些海洋無脊椎動(dòng)物失明。
最近發(fā)表在《實(shí)驗(yàn)生物學(xué)雜志》上的這些結(jié)果首次證明，海洋無脊椎動(dòng)物的視覺對水中的有效氧含量高度敏感。
從自然和人為過程來看，海洋中的氧氣水平正在全球范圍內(nèi)發(fā)生變化。許多海洋無脊椎動(dòng)物依靠視覺來尋找食物、庇護(hù)所和躲避捕食者，尤其是在許多浮游生物的早期階段。甲殼類和頭足類動(dòng)物尤其如此，它們是其他動(dòng)物的常見獵物，其幼蟲在水中高度洄游。
對陸生動(dòng)物的研究表明，低氧水平會(huì)影響視力。事實(shí)上，人類在缺氧的情況下會(huì)失去視覺功能。例如，如果飛機(jī)不能給駕駛艙補(bǔ)充額外的氧氣，高空飛行的飛行員就會(huì)視力受損。此外，與缺氧有關(guān)的健康問題，如高血壓和中風(fēng)，可能會(huì)損害視力。
“有了所有關(guān)于氧氣影響陸地動(dòng)物視力的知識，我想知道海洋動(dòng)物是否會(huì)以類似的方式做出反應(yīng)，”莉蓮麥考密克說，她是這項(xiàng)由國家科學(xué)基金會(huì)資助的研究的主要作者，也是斯克里普斯海洋學(xué)的博士生。
她的結(jié)果令她震驚。她研究了四種原產(chǎn)于加州的海洋無脊椎動(dòng)物——市場魷魚、章魚、金槍魚蟹和一種咀嚼蟹——發(fā)現(xiàn)在缺氧的情況下，她的視力下降了60-100%。
利用在斯克里普斯海域采集的幼蟲，麥考密克測試了幼蟲在視野中的急性反應(yīng)——暴露于低氧環(huán)境下的短期反應(yīng)。她與加州大學(xué)圣地亞哥分校心理學(xué)系的研究員尼古拉斯奧斯奇合作，開發(fā)了這個(gè)小樣本設(shè)置。
“實(shí)驗(yàn)室的大部分工作是解決哺乳動(dòng)物視覺中的生物醫(yī)學(xué)問題，”O(jiān)esch說。“因此，走出不太傳統(tǒng)的模型系統(tǒng)，將我們的技術(shù)應(yīng)用到一個(gè)完全不同的領(lǐng)域，這很有趣。”
當(dāng)放在顯微鏡臺上時(shí)，氧氣水平逐漸降低的海水流動(dòng)，幼蟲暴露在麥考密克用來觸發(fā)視覺反應(yīng)的光照條件下。她用連接到幼蟲視網(wǎng)膜上的電極來測量這些反應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)被稱為視網(wǎng)膜電圖。
麥考密克說：“想象這個(gè)設(shè)備是EKG的眼科機(jī)器。“我們不是測量心臟的電活動(dòng)，而是觀察眼睛的一部分，即視網(wǎng)膜。”
一旦氧氣供應(yīng)從完全氧化的水平開始下降，例如，當(dāng)它在海洋表面被發(fā)現(xiàn)時(shí)，麥考密克看到了幼蟲的立即反應(yīng)。短尾蟹和魷魚尤其如此，它們在測試的最低氧氣條件下幾乎失去了所有視力，表面氧氣水平約為20%。章魚持續(xù)時(shí)間長，視網(wǎng)膜反應(yīng)只有在氧氣降到一定水平后才會(huì)下降，而金槍魚蟹則相當(dāng)有彈性。已知成年金槍魚蟹能耐受低氧水。
麥考密克說：“我很驚訝地看到，即使在接觸低氧的幾分鐘內(nèi)，其中一些物種實(shí)際上已經(jīng)失明了。
幸運(yùn)的是，當(dāng)氧氣水平恢復(fù)后，大部分樣本恢復(fù)了一些視覺功能，表明短期缺氧時(shí)損傷可能不是永久性的。
麥考密克感興趣的是這種視力下降將如何影響動(dòng)物的行為，尤其是那些經(jīng)歷過最嚴(yán)重視力喪失的動(dòng)物。這些動(dòng)物依賴光的暗示。未能發(fā)現(xiàn)這些線索可能會(huì)影響它們的生存。一個(gè)例子是移民。這些物種的幼蟲垂直遷移，白天下沉到更深的深度，晚上上升到地表，利用光照強(qiáng)度的變化作為遷移線索。
此外，幼蟲依靠視覺來尋找獵物和躲避捕食者。魷魚幼蟲捕食快速移動(dòng)的獵物，就像橈足類一樣，它們的視力非常重要。當(dāng)暴露在低氧環(huán)境中時(shí)，魷魚幼蟲視網(wǎng)膜的反應(yīng)速度減慢，這表明這種視覺損傷可能會(huì)抑制幼蟲檢測橈足類和攝食的能力。失去對光線強(qiáng)度變化的反應(yīng)能力(如捕食者的陰影)或視覺上看到獵物可能會(huì)降低這些高度可見的幼蟲的存活率。圣地亞哥市場的魷魚可能特別容易受到傷害，因?yàn)樗鼈冊谌菀兹毖醯膮^(qū)域產(chǎn)卵，比如拉霍亞附近峽谷附近的海底。
在海洋環(huán)境中，氧水平隨著日、季和年際時(shí)間尺度而變化。氧氣隨深度波動(dòng)很大。然而，由于受人類影響的氣候變化甚至污染，這些條件正在發(fā)生變化。大氣變暖還會(huì)改變海洋的溫度，從而減少含氧地表水與深層水的混合。此外，近岸環(huán)境越來越多地在一個(gè)稱為富營養(yǎng)化的過程中失去氧氣，在這個(gè)過程中，水中過量的營養(yǎng)物質(zhì)將為浮游生物提供燃料，然后消耗溶解在水中的可用氧氣。這可能會(huì)導(dǎo)致魚類和其他海洋動(dòng)物的死亡。富營養(yǎng)化通常是海岸污染的結(jié)果，如農(nóng)業(yè)徑流或污水。
這些結(jié)果是基于急性反應(yīng)，麥考密克很好奇長期暴露在缺氧環(huán)境下會(huì)對這些野生動(dòng)物產(chǎn)生怎樣的影響。她未來的工作將測試不同氧氣條件下的視覺行為，并將生理和行為研究的結(jié)果與海洋中的氧氣和光照條件進(jìn)行比較。
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