DNA宏条形码技术揭示秋季冰下北极鳕鱼幼体的惊人多样化食性

时间：2025年4月23日

来源：Polar Biology

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为解决北极鳕鱼(Boreogadus saida)幼体冰下摄食生态学数据缺失的问题，研究人员通过DNA宏条形码技术分析了2019年11月波弗特海和楚科奇海冰下样本。研究发现幼体摄食至少45种猎物，以桡足类(Copepoda)和介形类(Ostracoda)为主，揭示了冰层形成初期能量富集型浮游动物对幼体生存的关键作用，为气候变化下北极食物网稳定性评估提供新依据。

北极海域正经历着前所未有的气候变化，海冰覆盖率的急剧下降正在重塑整个生态系统。作为北极食物网的关键物种，北极鳕鱼(Boreogadus saida)承担着将75%的初级生产力能量传递给高阶捕食者的重要角色。然而，关于其幼体在秋季海冰形成期的摄食生态学研究长期空白，这严重限制了对该物种适应能力的评估。传统形态学方法因胃内容物高度消化而难以识别，而气候变化导致的浮游动物群落更替（如北极桡足类Calanus glacialis被亚北极种替代）更让科学家担忧其幼体生存前景。

为解决这一科学难题，来自比利时弗拉芒农业、渔业和食品研究所、阿尔弗雷德·魏格纳研究所等机构的研究团队，在2019年11月海冰形成初期，利用破冰船RV Sikuliaq在波弗特海和楚科奇海采集了107尾冰下北极鳕鱼样本。通过创新的DNA宏条形码技术结合传统形态学分析，研究成果发表在《Polar Biology》上，首次系统揭示了北极鳕鱼幼体的冬季前摄食策略。

研究采用表面及冰下拖网(SUIT)采集样本，通过COI基因扩增和Illumina MiSeq测序进行DNA宏条形码分析，使用DADA2流程处理数据并与BOLD数据库比对。同时采用垂直拖网(CalVET)量化浮游动物群落组成，通过非度量多维标度(NMDS)分析空间分布特征。

采样与环境特征
研究区域水体温盐分层显著，表层低温(<2°C)低盐(<30 PSU)的极地混合层延伸至30米深度。北极鳕鱼体长43-142 mm，经DNA条形码确认排除了4尾北极鳕鱼近缘种Arctogadus glacialis的干扰。

分子食性分析突破
在53个有效样本中，DNA宏条形码鉴定出45种猎物，分属8个门类。结果显示：

优势猎物：桡足类(出现率81.1%，相对读长丰度41.6%)和介形类Boroecia maxima(45.3%, 20.5%)
关键物种：极北哲水蚤(Calanus hyperboreus)和长腹水蚤(Metridia longa)构成主要能量来源
意外发现：检测到 boreal 种新糠虾(Neomysis rayii)和鳕科鱼类(Gadus chalcogrammus)，暗示亚北极物种北迁

形态学验证
22个胃样本的形态学分析因高度消化(平均消化等级3.4)仅识别出3种桡足类，凸显分子技术的优势。

猎物可获得性
CalVET拖网显示：

小型桡足类(Pseudocalanus spp.)占数量优势(75%)
大型北极种(C. hyperboreus等)贡献主要生物量
SUIT拖网捕获的冰栖端足类(Apherusa glacialis)与胃内容物高度吻合

空间异质性
NMDS分析揭示食性组成呈东西向梯度变化，与冰覆盖率和采样时间显著相关(Mantel test, r=0.353, p=0.016)，反映水文特征对猎物分布的调控作用。

这项研究颠覆了传统认知：

发现介形类B. maxima作为重要猎物被长期忽视，其全年繁殖策略可能为幼体提供关键冬季食物
证实冰下栖息地存在能量富集型浮游动物群落，打破"冬季贫营养"假说
揭示幼体广谱食性(45种猎物)与选择性摄食(偏好C. hyperboreus等脂质富集种)的平衡策略

随着北极" boreal化"加剧，该研究为预测北极鳕鱼种群动态提供了基线数据。特别是发现幼体可利用亚北极入侵种(如N. rayii)作为替代食物，暗示其具有一定生态弹性。然而，脂质含量较低的亚北极种替代高脂北极种，可能最终影响幼体越冬能量储备，进而威胁整个北极海洋食物网稳定性。研究建立的DNA宏条形码方法为极地生态系统监测设立了新标准。