Infection of the planktonic copepod Calanus finmarchicus by the parasitic dinoflagellate, Blastodinium spp: effects on grazing, respiration, fecundity and fecal pellet production

浮游橈足類褐飛虱被寄生鞭毛藻、囊蟲感染后對其自身的放牧、呼吸、繁殖力和糞球產(chǎn)生的影響

來源：J. Plankton Res. (2015) 37(1): 211– 220.

 

論文摘要

本研究報道了寄生性鞭毛藻Blastodiniumspp. 對來自挪威南部東北大西洋沿岸的橈足類Calamus finmarchicus（文檔中亦寫作Calamus fumarchicus，應(yīng)為筆誤）的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在近岸水域高達58%的橈足類被感染，而數(shù)公里外的外海感染率低于5%。被感染的雌性橈足類表現(xiàn)出典型的饑餓癥狀：其攝食率低于檢測極限且顯著低于未感染個體；呼吸速率（暗示更低的新陳代謝率）降低；產(chǎn)生的糞球更少、更小；產(chǎn)卵量也顯著少于未感染個體。盡管有部分個體能清除感染，但長時期的饑餓很可能在清除感染后仍對產(chǎn)卵率產(chǎn)生長期影響。

研究目的

本研究旨在探究Blastodiniumspp. 寄生蟲在自然界的發(fā)生和感染頻率，并評估其感染對宿主橈足類C. finmarchicus的關(guān)鍵生理功能（包括攝食、糞便產(chǎn)生、繁殖力和呼吸代謝）的具體影響，以填補關(guān)于此類寄生蟲對冷水域橈足類功能影響的認知空白。

研究思路

研究采用野外調(diào)查與實驗室實驗相結(jié)合的方法：

 

短期野外調(diào)查：在2013年和2012014年4月，于挪威Austevoll研究站附近水域，通過光誘陷阱和垂直拖網(wǎng)采集C. finmarchicus成年雌體，統(tǒng)計其Blastodiniumspp. 的感染頻率和空間差異（近岸 vs. 峽灣）。

實驗室生理實驗：將采集到的已感染和未感染（作為對照）的成年雌體在實驗室可控條件下（13°C，飽食條件）進行實驗，比較兩組個體的以下指標：

 

攝食率：通過24小時培養(yǎng)前后藻類細胞濃度變化計算。

糞球產(chǎn)生率與大小：連續(xù)4天每日計數(shù)并測量產(chǎn)生的糞球。

產(chǎn)卵率：連續(xù)4天每日計數(shù)產(chǎn)生的卵。

 

呼吸速率：使用丹麥Unisense氧微電極測量耗氧率。

 

測量的數(shù)據(jù)、研究意義及來源

研究測量了多方面的數(shù)據(jù)：

 

感染頻率數(shù)據(jù)：

 

數(shù)據(jù)內(nèi)容：2013年近岸站點感染率峰值達58%，而峽灣站點感染率始終低于5%；2014年感染率極低。

 

研究意義：首次在冷水域（挪威沿岸）記錄了Blastodiniumspp. 的高感染率，并揭示了感染的顯著空間變異性（近岸遠高于外海），提示局部水文條件（如平流受限）可能導(dǎo)致寄生蟲聚集。數(shù)據(jù)來自表1。

 

攝食率數(shù)據(jù)：

 

數(shù)據(jù)內(nèi)容：未感染雌體平均攝食率為每天每只2.93x10^4個藻細胞（11.1 μg C），而感染雌體在24小時內(nèi)未檢測到攝食活動。

 

研究意義：直接證明寄生蟲感染導(dǎo)致宿主攝食行為完全停止，這是引發(fā)后續(xù)一系列饑餓癥狀的根本原因。數(shù)據(jù)來自圖3。

 

糞球產(chǎn)生數(shù)據(jù)：

 

數(shù)據(jù)內(nèi)容：感染雌體產(chǎn)生的糞球數(shù)量（平均每天16.4個）顯著少于未感染雌體（平均每天46.3個），且糞球體積也顯著更小（感染個體糞球體積僅為未感染個體的約24%）。

 

研究意義：糞球產(chǎn)生率和體積的降低是宿主攝食停止和代謝減弱的直接表現(xiàn)。這不僅影響宿主能量攝入，也可能通過改變糞球沉降通量影響海洋碳循環(huán)。數(shù)據(jù)來自圖4（產(chǎn)生率）和圖5（糞球形態(tài)對比）。

 

 

產(chǎn)卵率數(shù)據(jù)：

 

數(shù)據(jù)內(nèi)容：未感染雌體平均產(chǎn)卵率為每天每只20.8個卵，而感染雌體平均僅為每天每只0.6個卵，且多數(shù)感染個體性腺不發(fā)育。

 

研究意義：證實感染導(dǎo)致宿主繁殖力急劇下降，近乎不育。這對橈足類種群補充和動態(tài)具有潛在的重大影響。數(shù)據(jù)來自圖6。

 

呼吸速率數(shù)據(jù)（使用丹麥Unisense電極測量）：

 

數(shù)據(jù)內(nèi)容：感染雌體的呼吸速率（平均22.2 nmol O?/雌體/小時）約為未感染雌體（平均40.7 nmol O?/雌體/小時）的一半。

 

研究意義：呼吸速率是代謝率的直接指標。該數(shù)據(jù)強有力地證明了感染導(dǎo)致宿主代謝水平顯著降低，這是機體應(yīng)對能量攝入不足（饑餓）的一種生理適應(yīng)，但也反映了其整體生理狀態(tài)的惡化。數(shù)據(jù)來自圖7。

 

研究結(jié)論

 

Blastodiniumspp. 感染對C. finmarchicus的生理功能產(chǎn)生全面負面影響，導(dǎo)致其攝食停止、代謝降低（呼吸速率減半）、糞球產(chǎn)生減少以及繁殖力近乎喪失，表現(xiàn)出典型的饑餓狀態(tài)。

感染造成的影響（尤其是繁殖力下降）可能在寄生蟲被清除后仍持續(xù)較長時間，因為橈足類需要長時間恢復(fù)才能達到感染前的產(chǎn)卵水平。

高感染率（如2013年近岸58%）可能顯著降低C. finmarchicus種群對浮游植物的攝食壓力，并減少通過糞球沉降的碳輸出，從而對局部生態(tài)系統(tǒng)過程和生物地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生影響。

 

建議在常規(guī)的野外調(diào)查中監(jiān)測此類寄生蟲感染，以更全面評估橈足類種群動態(tài)及其生態(tài)功能。

 

詳細解讀使用丹麥Unisense電極測量出來的數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense氧微電極測量的呼吸速率數(shù)據(jù)在本研究中具有關(guān)鍵的研究意義，具體解讀如下：

 

精確量化代謝抑制：Unisense氧微電極是一種高靈敏度、快速響應(yīng)（95%響應(yīng)時間<1秒）的Clark型傳感器。本研究利用它在嚴格控制的小型呼吸室中精確測量了橈足類微小的耗氧量。測得的數(shù)據(jù)為“感染導(dǎo)致宿主代謝降低”的假設(shè)提供了直接、定量的實驗證據(jù)。感染組呼吸速率降至對照組一半的結(jié)果，具有高度的統(tǒng)計學(xué)顯著性，可靠地證實了寄生蟲感染引發(fā)的強烈生理應(yīng)激。

支撐“饑餓”核心機制：整個研究的核心論點是寄生蟲通過阻塞宿主腸道導(dǎo)致其功能性饑餓。呼吸速率下降是后生動物應(yīng)對饑餓的典型生理反應(yīng)，以保存能量。因此，Unisense電極測量的數(shù)據(jù)將“攝食停止”（因）與“代謝水平下降”（果）直接聯(lián)系起來，為闡釋寄生蟲致害的核心機制——引發(fā)饑餓——提供了關(guān)鍵一環(huán)的支撐。

連接生理與生態(tài)影響：代謝率的降低不僅反映了個體健康狀況的惡化，還具有生態(tài)學(xué)含義。較低的維持性能量需求可能幫助感染個體在饑餓狀態(tài)下延長生存時間，但這卻是以犧牲生長、繁殖等重要生命活動為代價的。這有助于解釋為何感染個體會表現(xiàn)出極低的繁殖力，從而將生理層次的測量與種群層次的潛在影響（繁殖力下降、種群補充減少）聯(lián)系起來。

 

方法學(xué)優(yōu)勢：該技術(shù)能夠在不明顯消耗呼吸室內(nèi)氧氣的情況下（實驗期間氧氣濃度降低<20%）進行測量，確保了實驗過程中動物的生理狀態(tài)不受低氧壓力影響，從而獲得真實可靠的代謝速率數(shù)據(jù)。

 

綜上所述，丹麥Unisense電極測量的呼吸數(shù)據(jù)不僅是證明Blastodiniumspp. 感染導(dǎo)致C. finmarchicus代謝抑制的關(guān)鍵證據(jù)，更是連接寄生蟲感染、宿主饑餓反應(yīng)及其一系列生理和潛在生態(tài)后果的重要橋梁，凸顯了精確生理測量在寄生生態(tài)學(xué)研究中的重要性。