7月26日，國(guó)際生態(tài)學(xué)知名期刊 Global Change Biology 在線發(fā)表了中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所海洋藻類(lèi)種質(zhì)創(chuàng)制與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)牽頭的國(guó)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(guò)系統(tǒng)野外調(diào)查并整合全球海洋多組學(xué)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(cè)全球變暖背景下其神經(jīng)毒素產(chǎn)量將顯著增加，為認(rèn)知?dú)夂蜃兓潞Ｑ蟾∮紊锏难葑冓厔?shì)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(guò)貝類(lèi)、魚(yú)類(lèi)捕食等食物鏈富集，對(duì)海洋生物和人類(lèi)的神經(jīng)系統(tǒng)造成損傷甚至致死。近年來(lái)，全球因DA引發(fā)的生態(tài)災(zāi)害愈發(fā)嚴(yán)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(xué)認(rèn)知，從而限制了對(duì)擬菱形藻赤潮的有效預(yù)測(cè)與防控。此外，既往相關(guān)研究場(chǎng)景多集中在近岸海域，對(duì)該類(lèi)有毒硅藻在開(kāi)闊海洋的分布及產(chǎn)毒機(jī)制認(rèn)識(shí)不足。

本研究聯(lián)合美國(guó)南加州大學(xué)、科羅拉多州立大學(xué)、俄克拉荷馬州立大學(xué)、丹麥奧胡斯大學(xué)、法國(guó)巴黎高師等多國(guó)專(zhuān)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(guó)近海與環(huán)南大洋的資源調(diào)查，整合Tara Oceans全球多組學(xué)數(shù)據(jù)，聚焦于四個(gè)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(fēng)險(xiǎn)區(qū)，更廣泛分布于極地、熱帶及其他開(kāi)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(rèn)知。其中，P. multiseries在多個(gè)區(qū)域相對(duì)豐度最高，展現(xiàn)出極強(qiáng)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(dòng)：更高溫度，更多毒素

研究進(jìn)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(dòng)因子。渤黃海近海調(diào)查顯示，溶解態(tài)DA占比超過(guò)99.5%，并呈明顯季節(jié)性變化，夏季濃度最高。團(tuán)隊(duì)還對(duì)黃海分離的P. multiseries開(kāi)展了長(zhǎng)達(dá) 800天的室內(nèi)多溫度梯度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明其生長(zhǎng)速率在20℃條件下最高，而毒素生產(chǎn)效率在30℃時(shí)達(dá)到峰值，為建立溫度與毒素生產(chǎn)的生物統(tǒng)計(jì)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(lái)預(yù)警：本世紀(jì)末毒素或增加兩倍

基于實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期培養(yǎng)數(shù)據(jù)、全球宏組學(xué)觀測(cè)及氣候環(huán)境因子，研究團(tuán)隊(duì)利用廣義加性模型（GAM）結(jié)合CMIP6 中等排放情景（SSP2-4.5）進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示，到 2100年，P. multiseries的全球豐度將較當(dāng)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(lái)氣候變暖不僅將顯著提高有毒赤潮發(fā)生的頻率與強(qiáng)度，還可能導(dǎo)致 P. multiseries 分布向高緯度海域擴(kuò)展，同時(shí)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(duì)未來(lái)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(xì)胞豐度和產(chǎn)毒效率演變趨勢(shì)

黃海所徐東研究員為該論文第一作者，葉乃好研究員、美國(guó)南加州大學(xué) David A. Hutchins 教授、廈門(mén)大學(xué)高光教授為并列通訊作者。研究得到科技部外國(guó)專(zhuān)家項(xiàng)目、國(guó)家高層次人才特殊支持計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金（渤黃海共享航次計(jì)劃）等支持。

全文鏈接： http://dx.doi.org/10.1111/gcb.70384