海洋变暖如何威胁珊瑚礁鱼的体型?

海洋变暖是气候变化最严重的后果之一，对海洋生态系统有着深远的影响。珊瑚礁是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，尤其容易受到海洋温度上升的影响。大量研究集中于海洋变暖如何影响依赖这些生态系统的生物，尤其是鱼类。最近的研究发现一个令人担忧的趋势，温度升高造成珊瑚礁中的鱼体型正在缩小。

鱼类尺寸减小背后的机制

鱼类和所有生物一样，对环境变化高度敏感，而海洋中的水温影响着它们的新陈代谢、生长和繁殖。随着海洋温度升高，鱼类的新陈代谢率也会增加，在较温暖的水域，鱼类会以更快的速度燃烧更多能量，这意味着它们需要消耗更多食物来维持体型和健康。然而，不断增加的新陈代谢需求也存在局限性。

鱼类的大小与氧气供应密切相关，较大的鱼由于体重较大，对氧气的需求也较大。随着水温升高，氧气水平下降，鱼类满足新陈代谢需求的能力变得更加困难。对于较小的鱼来说，这种限制不那么严重，因为它们对氧气的需求相对较低。然而，对于较大的鱼来说，氧气供应变得越来越不足，导致生长受损和繁殖成功率降低。

各种鱼类的体型和代谢率之间的关系已得到充分证实。研究表明，生活在较温暖环境中的物种尤其受到这种限制的影响，导致这些地区的鱼类种群总体呈减少趋势。

这项研究发现的一个关键问题是氧气供应受限，较温暖的水域溶解氧较少，这可能导致鱼类对氧气的需求增加与其环境中氧气供应减少之间不匹配，这种氧气限制对大型鱼类来说尤其成问题，因为它们需要更多的氧气来支撑它们较大的身体。因此，这些鱼会发育不良，甚至可能面临生存困难，这种生理限制是导致鱼类体型减小的主要因素之一。

鱼类对海洋变暖的适应性反应

虽然许多鱼类物种正在努力应对海洋变暖，但有些鱼类已经发展出适应策略，以在更热的水域中生存。这些适应包括行为变化，例如寻找较冷的水域或改变进食模式。从生理上讲，一些物种已被证明可以通过调整新陈代谢或改变呼吸系统以从水中提取更多氧气来耐受更高的温度。然而，这些适应是有限度的，鱼类体型减小的总体趋势表明，许多物种正在努力应对不断变化的环境。

此外，一些鱼类种群可能会因气候变暖而改变其地理分布范围。曾经在较冷水域繁衍生息的鱼类可能会迁移到更温和甚至更冷的地区，这可能会导致珊瑚礁物种组成发生变化。这些分布范围的变化可能会产生重大的生态后果，破坏既定的食物网和生物多样性模式。

鱼类尺寸减小带来的生态后果

鱼类在珊瑚礁生态系统中发挥着至关重要的作用，许多鱼类是食草动物或杂食动物，它们有助于控制珊瑚礁上的藻类生长，防止藻类过度生长导致珊瑚窒息。其他鱼类是食肉动物，它们调节小型海洋生物的数量，维持生态系统的平衡。随着鱼类体型的减小，这些角色的有效性受到损害。

体型较小的鱼吃藻类的效率较低，它们数量减少意味着食草和藻类控制的效果会降低。因此，珊瑚礁可能会出现更频繁、更严重的藻华，这会扼杀珊瑚并抑制其光合作用能力。这反过来又削弱了珊瑚礁的整体健康状况，威胁其生物多样性。

鱼类的大小对繁殖成功率也起着至关重要的作用，一般体型较大的鱼类通常具有更大的繁殖能力，比体型较小的鱼类能产出更多的后代。当鱼类种群规模缩小时，这些种群的整体繁殖能力就会下降。此外，气温升高带来的压力会降低鱼卵和幼鱼的生育能力和存活率，进一步加剧鱼类种群的下降。

在某些情况下，鱼类体型的减小可能会导致交配行为或生殖时间的改变，从而破坏不同物种生殖周期的同步性，这种变化会对珊瑚鱼和其他以鱼类为食的生物的种群动态产生连锁效应。

新的研究发现

一项新的研究，利用波斯湾/阿拉伯湾世界上最热的珊瑚礁作为海洋变暖的天然实验室，这里的物种在夏季温度超过35.0°C的情况下存活了6000多年，最大体型比较冷的地方小14-40%。

研究比较了波斯湾/阿拉伯湾内外珊瑚礁中Lutjanus ehrenbergii和Scolopsis ghanam在27.0°C、31.5°C和35.5°C温度下的状况。

研究发现这些物种的基础代谢需求增长低于预期，且热窗口右移，使个体能够在高温下保持有氧范围和临界游泳速度。

研究预测，到2050年，由于海洋变暖、氧气供应减少和栖息地退化的综合影响，珊瑚礁鱼的体型可能会减小14%至39%，这种减少是由于热带鱼的适应能力有限以及体型较大的个体氧气供应受到大规模限制。这对珊瑚礁生态系统的影响是深远的，随着鱼类种群的减少，这些生态系统的生态平衡将进一步不稳定，可能导致整个珊瑚礁系统的崩溃。

研究结果挑战了传统的氧气限制理论，表明能量获取和需求不匹配是尺寸减小的主要驱动因素。这昂研究数据支持修改后的资源获取理论，该理论解释了海洋变暖如何导致物种特定的尺寸减小，以及为什么在高温下较小的个体在进化上更受青睐。

思考

不同鱼类对海洋变暖的反应有何不同，哪些因素影响这些变化？鱼类种群在多大程度上能够适应气温上升，其中涉及哪些遗传和生理机制？鱼类尺寸的减小如何影响珊瑚礁提供的更广泛的生态系统服务，例如碳封存和沿海保护？

参考文献：Jacob L. Johansen, Matthew D. Mitchell, Grace O. Vaughan, Daniel M. Ripley, Holly A. Shiels & John A. Burt ，Impacts of ocean warming on fish size reductions on the world’s hottest coral reefs.  Nature Communications volume 15, Article number: 5457 (2024) ，doi.s41467-024-49459-8

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