7月26日，國際生態(tài)學知名期刊 Global Change Biology 在線發(fā)表了中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所海洋藻類種質(zhì)創(chuàng)制與利用創(chuàng)新團隊牽頭的國際合作研究成果：“Meta-Omics Analysis Reveals Global Distribution of Toxic Pseudo-nitzschia and Enhanced Neurotoxin Production Under Climate Warming”。該研究通過系統(tǒng)野外調(diào)查并整合全球海洋多組學數(shù)據(jù)，首次揭示了有毒硅藻 Pseudo-nitzschia 的全球分布格局，并預(yù)測全球變暖背景下其神經(jīng)毒素產(chǎn)量將顯著增加，為認知氣候變化下海洋浮游生物的演變趨勢與生態(tài)效應(yīng)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
擬菱形藻（Pseudo-nitzschia）是典型赤潮硅藻，可產(chǎn)生神經(jīng)毒素軟骨藻酸（Domoic acid，DA），該毒素通過貝類、魚類捕食等食物鏈富集，對海洋生物和人類的神經(jīng)系統(tǒng)造成損傷甚至致死。近年來，全球因DA引發(fā)的生態(tài)災(zāi)害愈發(fā)嚴重，但其產(chǎn)生是否與海洋升溫密切相關(guān)，仍缺乏系統(tǒng)的科學認知，從而限制了對擬菱形藻赤潮的有效預(yù)測與防控。此外，既往相關(guān)研究場景多集中在近岸海域，對該類有毒硅藻在開闊海洋的分布及產(chǎn)毒機制認識不足。
本研究聯(lián)合美國南加州大學、科羅拉多州立大學、俄克拉荷馬州立大學、丹麥奧胡斯大學、法國巴黎高師等多國專家，歷經(jīng)6年的協(xié)同攻關(guān)，取得三方面突破：
1. 從極地到極地（Pole to Pole）：全球性分布
研究完成了中國近海與環(huán)南大洋的資源調(diào)查，整合Tara Oceans全球多組學數(shù)據(jù)，聚焦于四個最具毒性的擬菱形藻種：P. multiseries、P. multistriata、P. delicatissima和P. pungens。結(jié)果顯示，四種有毒硅藻不僅存在于傳統(tǒng)沿海高風險區(qū)，更廣泛分布于極地、熱帶及其他開闊洋區(qū)，突破了以往“毒素型擬菱形藻局限于近岸赤潮區(qū)”的傳統(tǒng)認知。其中，P. multiseries在多個區(qū)域相對豐度最高，展現(xiàn)出極強的生態(tài)適應(yīng)性。
圖1. 全球宏基因組數(shù)據(jù)解析擬菱形藻的全球分布格局
2. 變暖驅(qū)動：更高溫度，更多毒素
研究進一步分析了影響其分布與產(chǎn)毒的關(guān)鍵因子，發(fā)現(xiàn)海表溫度（SST）是最主要的環(huán)境驅(qū)動因子。渤黃海近海調(diào)查顯示，溶解態(tài)DA占比超過99.5%，并呈明顯季節(jié)性變化，夏季濃度最高。團隊還對黃海分離的P. multiseries開展了長達 800天的室內(nèi)多溫度梯度實驗，結(jié)果表明其生長速率在20℃條件下最高，而毒素生產(chǎn)效率在30℃時達到峰值，為建立溫度與毒素生產(chǎn)的生物統(tǒng)計模型奠定了基礎(chǔ)。
圖2. 溫度是影響神經(jīng)毒素水平的主控環(huán)境因素
3. 未來預(yù)警：本世紀末毒素或增加兩倍
基于實驗室長期培養(yǎng)數(shù)據(jù)、全球宏組學觀測及氣候環(huán)境因子，研究團隊利用廣義加性模型（GAM）結(jié)合CMIP6 中等排放情景（SSP2-4.5）進行預(yù)測。結(jié)果顯示，到 2100年，P. multiseries的全球豐度將較當前增加約75.4%，其神經(jīng)毒素生產(chǎn)效率則有望飆升至現(xiàn)水平的2倍。研究提示，未來氣候變暖不僅將顯著提高有毒赤潮發(fā)生的頻率與強度，還可能導(dǎo)致 P. multiseries 分布向高緯度海域擴展，同時在熱帶海域的毒素增幅尤為顯著。模型結(jié)果表明，產(chǎn)毒硅藻的空間分布及毒性演變對未來海洋生態(tài)安全和漁業(yè)資源管理構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。
圖3. SSP2-4.5情景下多列擬菱形藻細胞豐度和產(chǎn)毒效率演變趨勢
黃海所徐東研究員為該論文第一作者，葉乃好研究員、美國南加州大學 David A. Hutchins 教授、廈門大學高光教授為并列通訊作者。研究得到科技部外國專家項目、國家高層次人才特殊支持計劃、國家自然科學基金（渤黃海共享航次計劃）等支持。
全文鏈接： http://dx.doi.org/10.1111/gcb.70384
