海洋酸化對海洋生物的脅迫效應(yīng)及其作用解析
自工業(yè)革命以來,人類活動(dòng)的增加向大氣中排放了大量的CO2氣體。海洋作為地球上最大的碳匯之一,吸收了約30%的CO2排放量,造成海水碳酸鹽緩沖體系發(fā)生改變和pH降低,最終導(dǎo)致海洋酸化 (ocean acidification, OA)。海水酸化能夠顯著影響海洋生物的生存、代謝、繁殖和免疫反應(yīng)等,對海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)造成威脅。牟平站研究團(tuán)隊(duì)以全球廣布災(zāi)害水母海月水母(Aurelia coerulea)碟狀體為研究對象,揭示了海洋酸化對其攝食的影響及其機(jī)制。海水酸化顯著抑制海月水母碟狀體的攝食和生長(圖1),降低其毒素和刺絲囊相關(guān)基因的表達(dá),損害其刺細(xì)胞的毒素活性和能量代謝[1]。該項(xiàng)研究揭示了海洋酸化通過影響水母刺細(xì)胞進(jìn)而影響水母攝食的新機(jī)制,為深入認(rèn)識(shí)海洋酸化對水母類海洋生物的影響提供了新見解。

圖1 基于單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析海水酸化對海月水母碟狀體刺細(xì)胞的影響[1]
在近岸海域,海水酸化并非孤立存在,通常與海水升溫、痕量金屬污染和抗生素污染等其他環(huán)境壓力因素并存,對海洋生物產(chǎn)生復(fù)合脅迫效應(yīng),其引起的危害和風(fēng)險(xiǎn)更加復(fù)雜且難以預(yù)測。牟平站以經(jīng)濟(jì)貝類海灣扇貝(Argopecten irradians)為研究對象,揭示了近岸海域5種典型抗生素(磺胺甲惡唑、四環(huán)素、土霉素、諾氟沙星和紅霉素)和海水酸化聯(lián)合暴露對海灣扇貝消化腺代謝過程和血細(xì)胞凋亡過程的影響及其作用機(jī)制。二者的交互作用導(dǎo)致海灣扇貝消化腺組織中神經(jīng)遞質(zhì)組胺的相對含量降低,同時(shí)抑制神經(jīng)遞質(zhì)受體編碼基因的表達(dá),造成神經(jīng)信號傳遞過程受到負(fù)面影響[2](圖2)。另外,抗生素誘導(dǎo)的血細(xì)胞凋亡受到內(nèi)源性凋亡途徑(線粒體途徑)和外源性凋亡途徑的共同調(diào)控。海水酸化主要依賴線粒體途徑誘導(dǎo)血細(xì)胞凋亡,其中AMPK-mTOR信號通路對細(xì)胞凋亡的發(fā)生過程存在調(diào)控作用。二者的交互作用加重了血細(xì)胞內(nèi)線粒體功能障礙和氧化損傷,破壞了細(xì)胞內(nèi)能量代謝穩(wěn)態(tài),這可能在一定程度上限制了細(xì)胞凋亡的發(fā)生[3](圖3)。該研究為海洋酸化背景下,抗生素污染的風(fēng)險(xiǎn)評估提了供理論依據(jù)。

圖2 環(huán)境相關(guān)濃度混合抗生素(LAM)和海水酸化(OA)單獨(dú)/聯(lián)合暴露對海灣扇貝消化腺代謝過程的影響機(jī)制[2]

圖3 環(huán)境相關(guān)濃度混合抗生素和/或海水酸化脅迫誘導(dǎo)海灣扇貝血細(xì)胞凋亡機(jī)制圖[3]
相關(guān)文獻(xiàn):
[1] Sun T, Li Y, Peng S, et al. CO2‐induced seawater acidification impairs the stinging cells of a jellyfish[J]. Limnology and Oceanography, 2024, 69(7): 1651-1664.
[2] Zhang T, Wang X, Zhang Q, et al. Interactive effects of multiple antibiotic residues and ocean acidification on physiology and metabolome of the bay scallops Argopecten irradians irradians[J]. Science of the Total Environment, 2024, 912: 168941.
[3] Zhang T, Wang X, Zhang Q, et al. Intrinsic and extrinsic pathways of apoptosis induced by multiple antibiotics residues and ocean acidification in hemocytes of scallop Argopecten irradians irradians: An interactionist perspective[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2024, 269: 115806.
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