利用耳石核心元素指纹解析圣劳伦斯湾大西洋庸鳔补充群体起源的时空动态

《Canadian Journal of Zoology》：Spatiotemporal variability in otolith core elemental fingerprints to assess natal origin of Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus) in the Gulf of St. Lawrence

本研究通过激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）分析大西洋庸鳔（Hippoglossus hippoglossus）耳石核心元素指纹（Mg、Sr、Ba），揭示圣劳伦斯湾（Gulf of St. Lawrence, GSL）种群存在三个补充源区，且起源与后期迁移策略（居民型、年际迁移型、不规则迁移型）无显著关联，为理解海洋鱼类早期生活史连通性和可持续管理提供关键生态学依据。

　　

Abstract

早期生活史阶段对海洋鱼类补充群体动态和种群结构具有决定性作用。圣劳伦斯湾（Gulf of St. Lawrence, GSL）的大西洋庸鳔（Hippoglossus hippoglossus）自1950年代种群崩溃后，于21世纪初显著恢复，现已成为最具经济价值的底层鱼类资源。本研究通过分析187个已知迁移历史个体的耳石核心元素组成，结合四组年龄组（2006、2007、2009、2010年）数据，揭示GSL庸鳔为具有多育幼场的亲域性种群，且起源对后期迁移策略无显著影响。

Introduction

渔业管理的有效性依赖于对种群结构和混合模式的清晰认知。连通性（被动与主动的个体交换）通过早期生活史阶段（如幼体扩散）深刻影响种群动态。耳石作为惰性组织，其化学组成（如Sr、Ba、Mg与Ca的比值）可反映鱼类生活史中的环境经历，成为追溯起源和迁移轨迹的重要工具。大西洋庸鳔作为长寿命（38–50年）、深水繁殖（150–540 m）物种，其早期生活史信息极度缺乏。先前研究通过耳石化学将成体分为三类迁移群体（年际迁移型、不规则迁移型、居民型），但幼体扩散阶段与后期迁移行为的关系仍不明确。

Materials and methods

研究区域涵盖GSL管理单元（NAFO 4RST分区）。耳石样本来自2017–2018年科学调查和商业捕捞，覆盖GSL全境。通过LA-ICP-MS分析耳石核心（首300 μm）的²⁴Mg、⁸⁸Sr、¹³⁸Ba与⁴³Ca的比值（mmol·mol^?1）。使用无监督随机森林（unsupervised random forests）和主成分分析（PCA）识别起源簇群，并通过PERMANOVA检验组间差异。迁移群体分类依据Gauthier等（2024）的终身迁移历史数据。

Results

核心元素指纹支持三个起源簇群的存在。PCA显示Sr与Ba正相关主导第一主成分（PC1），Mg主导第二主成分（PC2）。簇群1具最高Sr、Ba浓度，簇群3Mg浓度最低。各起源对GSL不同区域的贡献比例相似，表明高强度混合。分年龄组分析显示，除2010年外，各起源元素组成差异显著（PERMANOVA，P < 0.05），但空间分布无排他性。迁移群体与起源无显著关联（Fisher精确检验，P > 0.05）。

Discussion

三起源模式可能与GSL深水繁殖区的有限空间异质性有关。Sr/Ba高值簇群（如簇群3）可能对应东部水温较高（5.5–6.5 °C）的卡伯特海峡区域，而低Mg簇群（如簇群1）可能位于西部。幼体垂直迁移时机差异可能强化核心指纹的空间分异。成体夏季站点忠诚性和广泛迁移共同导致起源群体高度混合，与遗传学均质化结果一致。迁移策略的差异可能由早期生长阈值（如能量储备）驱动，而非起源环境差异。

Conclusion

耳石核心元素指纹证实GSL庸鳔存在多育幼场补充模式，且早期起源不预设后期迁移命运。未来需针对单一年龄组扩大样本量，以提升空间分辨力。在全球变暖背景下，持续监测起源贡献变化对GSL庸鳔资源可持续管理至关重要。