6月1日，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所葉乃好團(tuán)隊(duì)在氣候變化領(lǐng)域的國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Climate Change發(fā)表了題為“Decreased motility of flagellated microalgae long-term acclimated to CO₂-induced acidified waters”的研究論文（article）。該研究首次從鞭毛運(yùn)動(dòng)和再生能力角度，解析了水體酸化對(duì)微藻運(yùn)動(dòng)能力的負(fù)面影響及機(jī)制，闡述了運(yùn)動(dòng)能力改變對(duì)微藻群體演變的潛在影響，為系統(tǒng)研究氣候變化條件下水域生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性格局變遷提供了新的研究思路和重要的理論依據(jù)。

評(píng)估和預(yù)測(cè)氣候變化對(duì)水生生物群體及其生態(tài)系統(tǒng)的影響是極具挑戰(zhàn)性的國(guó)際前沿科學(xué)問題。浮游植物是地球水體中最主要的初級(jí)生產(chǎn)者，通過光合作用將無(wú)機(jī)碳（CO₂）轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，其豐度、多樣性及群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定事關(guān)全球碳循環(huán)乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與否。探討浮游植物群體演變及其與氣候環(huán)境變化的關(guān)系，是我們了解過去、分析現(xiàn)在和預(yù)判未來(lái)氣候變化對(duì)自然水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能影響的主要途徑，也是認(rèn)知水域養(yǎng)殖系統(tǒng)可持續(xù)產(chǎn)出和支撐生態(tài)系統(tǒng)水平管理的重要理論基礎(chǔ)。鞭毛是具有鞭毛微藻運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿?lái)源，其通過垂直、水平和瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)獲取光能、吸收營(yíng)養(yǎng)、逃避敵害，因而鞭毛的運(yùn)動(dòng)能力對(duì)微藻的生存和繁衍起著至關(guān)重要的作用。迄今為止，CO₂濃度升高引起的水體酸化對(duì)海洋、咸水和淡水鞭毛藻類運(yùn)動(dòng)能力的影響與機(jī)制尚不清楚。

圖1長(zhǎng)期海水酸化對(duì)Microglena sp.運(yùn)動(dòng)速率的影響

研究團(tuán)隊(duì)建立了不同CO₂梯度（280、400、700、1000、1500、2000ppm）的室內(nèi)微藻長(zhǎng)期純化培養(yǎng)體系及野外中試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并制作了微藻運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)裝置，通過對(duì)極地冰藻（Microglena sp.）、廣鹽性鹽藻（Dunaliella salina）和淡水萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）長(zhǎng)達(dá)6年的室內(nèi)傳代培養(yǎng)及野外中尺度實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水體酸化條件下三種微藻的運(yùn)動(dòng)速率和再生能力顯著降低。長(zhǎng)期酸化條件下，Microglena sp.與鞭毛運(yùn)動(dòng)能力調(diào)控正相關(guān)的輪輻蛋白、鈣離子通道蛋白和動(dòng)力蛋白基因表達(dá)下調(diào)；磷酸化調(diào)節(jié)途徑中負(fù)相關(guān)的蛋白磷酸酶2A和蛋白磷酸酶1基因表達(dá)上調(diào)，正相關(guān)的酪蛋白激酶1與蛋白激酶A基因表達(dá)下調(diào)。在鈣信號(hào)調(diào)節(jié)和磷酸化調(diào)節(jié)兩條途徑的交互作用下，Microglena sp.的運(yùn)動(dòng)能力顯著降低。

圖2長(zhǎng)期海水酸化條件下Microglena sp.鞭毛運(yùn)動(dòng)的應(yīng)答與調(diào)控機(jī)制

研究結(jié)果表明，氣候變化導(dǎo)致極地海冰的覆蓋面積和平均厚度逐年降低，海冰對(duì)光照的調(diào)控能力日趨減弱，生活在冰下的微藻為尋找合適的光強(qiáng)水層，需要更長(zhǎng)距離的垂直運(yùn)動(dòng)來(lái)應(yīng)對(duì)日夜間光照強(qiáng)度變化，而鞭毛運(yùn)動(dòng)能力損傷則加劇了對(duì)微藻生存的威脅。由此可見，酸化對(duì)極地鞭毛微藻的負(fù)面影響更為嚴(yán)峻。由于真核生物鞭毛合成和運(yùn)動(dòng)的分子調(diào)控機(jī)制高度保守，水體酸化對(duì)其他鞭毛生物群體的影響及其生態(tài)效應(yīng)值得下一步深入探討。

圖3海水酸化與海冰消融對(duì)Microglena sp.運(yùn)動(dòng)能力的影響

黃海水產(chǎn)研究所王依濤為該論文第一作者，葉乃好研究員為通訊作者。廈門大學(xué)的高光副教授，澳大利亞莫納什大學(xué)的John Beardall教授，日本筑波大學(xué)的Kazuo Inaba教授，英國(guó)普利茅斯大學(xué)的Jason M Hall-Spencer教授和澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)的Andrew McMinn教授等學(xué)者參與了該項(xiàng)工作。研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、萬(wàn)人計(jì)劃和山東省泰山學(xué)者特聘專家等項(xiàng)目的資助。

Nature Climate Change是國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature的子刊，2018年影響因子為21.72。全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41558-020-0776-2；DOI: 10.1038/s41558-020-0776-2。