二氧化碳令海洋酸化 研究指快速進化可促使魚類更易應對

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【on.cc東網專訊】全球排放大量二氧化碳除了導致氣候暖化,亦會令海水漸變酸性,海洋生物或受影響。研究發現火山滲溢高二氧化碳分壓,即高濃度二氧化碳溶解於水中的情況下,魚類的基因轉錄變化,預測野生魚類應對不斷酸化海洋環境的情況。結果顯示一些進化速率較快的魚類或更能靈活地應對海洋酸化,維持種群數量和多樣性,其中一種魚可憑藉其快速進化後的基因分子轉錄調控機制應酸化的海洋環境,但進化速率較慢的魚類的種群數量和多樣性則難以在酸化環境中維持。

隨着人類活動所產生的二氧化碳排放量逐年遞增,海洋所吸收的二氧化碳也隨之持續上升,令海水酸鹼值(pH值)下降,漸變成酸性,科學家預期全球海洋表面均會出現「海洋酸化」,或會影響部分魚類的生理、生長和存活,以及改變一些影響生存機率的關鍵行為。

香港大學生物科學學院及太古海洋科學研究所Celia SCHUNTER率領的研究團隊,與外國的研究人員遠赴太平洋島國巴布亞新畿內亞,於一個火山底部的二氧化碳滲溢處和附近約500米不受二氧化碳滲溢影響的一個珊瑚礁中,採集了6種珊瑚魚類樣本,包括5種雀鯛魚和1種天竺鯛魚,提取牠們的腦組織進行基因轉錄組測序,了解海洋酸化環境下的魚類基因轉錄變化。

研究結果顯示,高二氧化碳分壓可導致幾種魚類在生理時鐘和免疫功能相關的基因產生轉錄變化,證明魚類有關功能在應對酸化環境的過程十分重要,其中晝夜節律的核心基因能決定大部分物種24小時的循環運作,當這些基因的表達發生變化,大腦中的其他基因的表達也會隨之改變,或令魚類更加靈活地應對酸化環境。

多種魚類在酸化環境中都曾被發現過跟免疫相關的調節,因此免疫反應的調節可能也是應對酸化的重要手段,尤其於夜間活動的魚類表現出更大比例的免疫調節,而且其調節方向與日行性魚類相反。

其中,體形較小的多刺棘光鰓鯛在二氧化碳溢滲處的酸化環境下,能夠控制相關基因的表達,以調節細胞內部的pH值,與研究人員認為魚類身體能自行調節pH值相反,並發現多刺棘光鰓鯛的大腦用以保持傳播信號的鉀、鈉、氯和鈣離子在二氧化碳溢滲處發生大量變化,證明魚類腦部的信號傳遞需要相應的改變以應對酸化環境,但相關基因表達的差異會在壓力降低時消失,基因從而恢復到正常的表達水平。

團隊進一步的研究發現,相對於其他魚類,這種雀鯛魚在近1,500萬年來的進化速率明顯更快,可能會讓此魚具有更大的潛能去適應環境改變。人員推斷多刺棘光鰓鯛可能擁有已進化的分子機制去應對未來的海洋酸化環境。

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