环境因素调节了海洋硅藻Chaetoceros与环节动物Pseudopirsonia之间的宿主-寄生关系

《Marine Environmental Research》：Environmental drivers modulate host-parasitoid coupling between the marine diatom Chaetoceros and the cercozoan Pseudopirsonia

浮游硅藻群落动态受寄生虫调控及环境梯度影响，揭示宿主多样性阈值（>23.2%）与温度窗口（15.9–21.8°C）对寄生效率的关键作用。

　　本研究聚焦于一个富营养化的沿海生态系统，重点探讨了硅藻与寄生性原生动物之间的相互作用及其对硅藻群落动态的影响。富营养化是许多沿海地区常见的现象，通常由人类活动带来的氮、磷等营养物质的输入引起，这些物质为浮游植物提供了丰富的养分，促进了其快速生长。然而，这种高生产力的环境也可能导致某些物种的过度繁殖，进而引发生态失衡。硅藻作为浮游植物的重要组成部分，在海洋初级生产力、碳循环以及全球生物地球化学过程中发挥着关键作用。尽管如此，关于寄生性原生动物如何影响硅藻群落结构和动态的研究仍较为有限，尤其是在营养物质输入波动较大的沿海生态系统中。

硅藻种类繁多，其中一些物种在特定环境中具有显著的主导地位。例如，在本研究的韩国釜山永湖港，硅藻属*Chaetoceros*的多个种群在不同季节表现出不同的优势地位。*Chaetoceros constrictus*是一种特别重要的硅藻，在该地区频繁主导季节性的浮游植物群落。它的生长速率较高，且在适宜条件下能够迅速扩展种群，对沿海生态系统具有显著的生态功能。然而，研究发现，*C. constrictus*的种群动态受到寄生性原生动物*Pseudopirsonia chaetoceri*的显著影响。这种寄生性原生动物能够在短时间内感染宿主，并在宿主细胞内迅速繁殖，形成大量感染性孢子，从而导致宿主种群数量的快速下降。

研究采用了一种长期的现场调查方法，结合生态位分析和寄生感染的定向观察，揭示了寄生性原生动物对硅藻种群的影响。在研究期间，从1月到12月，研究人员每周或每两周采集一次表层海水样本，同时监测温度、盐度和营养物质等环境参数的变化。此外，当检测到寄生感染时，采样频率会增加至每日一次，以更精确地捕捉感染的动态过程。研究发现，寄生性原生动物的感染主要集中在15.9至21.8摄氏度的狭窄温度窗口内，并且感染率随着*C. constrictus*的主导地位超过23.2%而急剧上升。这表明，寄生性原生动物的活动受到环境条件的严格限制，且其感染能力与宿主的种群结构密切相关。

相比之下，*C. curvisetus/pseudocurvisetus*似乎对寄生性原生动物的感染具有较强的抵抗力，尤其是在高温条件下其种群数量占据主导地位时。这可能是因为该种硅藻的生态位与寄生性原生动物的适宜环境存在一定的不匹配。寄生性原生动物的感染不仅影响了*C. constrictus*的种群动态，还改变了整个硅藻群落的结构，甚至可能对浮游植物的演替过程产生影响。这种现象强调了寄生作用在沿海生态系统中作为上层调控机制的重要性，其作用与传统的浮游动物捕食等调控因素并存，共同塑造了浮游植物群落的动态变化。

研究还揭示了环境变量与硅藻和寄生性原生动物之间复杂的相互作用关系。例如，温度、盐度、营养物质和光照等环境因素在不同季节对硅藻的分布和丰度具有显著影响。*C. constrictus*的丰度与温度和光照呈正相关，而其主导地位则与磷酸盐浓度的限制密切相关。另一方面，*C. curvisetus/pseudocurvisetus*的丰度则与温度呈正相关，但与磷酸盐浓度呈负相关。这表明，不同硅藻种群对环境条件的适应性存在差异，而寄生性原生动物的感染率则与这些环境变量密切相关。

寄生性原生动物的生态位分析进一步揭示了其与宿主之间的动态关系。通过使用“异常均值指数”（Outlying Mean Index, OMI）方法，研究人员发现，*P. chaetoceri*的生态位相对狭窄，主要依赖于*C. constrictus*的分布，且其活动受到温度和光照等环境因素的强烈制约。而*C. constrictus*和*C. curvisetus/pseudocurvisetus*则具有更广泛的生态位，能够适应多种环境条件。这种生态位的差异反映了寄生性原生动物与宿主之间紧密的适应性关系，同时也说明了生态位的宽度和特异性在寄生作用中具有重要作用。

研究还发现，寄生性原生动物的感染率与宿主的主导地位密切相关。当*C. constrictus*的相对丰度超过23.2%时，感染率显著上升，达到55%。这一结果表明，寄生性原生动物的感染不仅受到环境条件的影响，还与宿主种群的相对丰度有关。寄生性原生动物可能通过更高效地识别宿主化学信号或减少在非宿主物种间搜索的时间，从而提高感染成功率。因此，宿主的主导地位不仅是其种群数量的体现，还可能成为寄生性原生动物感染的重要驱动力。

此外，研究还发现，寄生性原生动物的感染率与光照强度呈负相关。这表明，在光照条件较差的环境中，硅藻可能更容易受到寄生性原生动物的感染。这一现象可能与硅藻在低光照条件下的生理状态有关，例如，光照不足可能导致硅藻细胞处于应激状态，从而降低其对寄生性原生动物的抵抗力。同时，寄生性原生动物的活动也受到营养物质浓度的影响，尤其是在氮、磷和硅等关键营养物质丰富的条件下，其感染率和繁殖能力显著增强。

研究的发现对于理解沿海生态系统中寄生作用的生态功能具有重要意义。寄生性原生动物不仅能够直接调控硅藻种群数量，还可能通过改变硅藻群落结构，间接影响浮游植物的演替过程和营养物质的循环。例如，寄生性原生动物的感染可能导致硅藻种群的快速衰减，从而为其他浮游植物种群的生长腾出空间，进而影响整个浮游植物群落的组成。这种动态变化可能对沿海生态系统的初级生产力、生物地球化学循环以及食物网结构产生深远影响。

在气候变化和人类活动的双重压力下，沿海生态系统正经历着前所未有的环境变化。研究指出，随着全球气温的上升，像*C. curvisetus/pseudocurvisetus*这样的高温适应性硅藻可能会在未来占据更大的生态位，而*P. chaetoceri*等寄生性原生动物则可能因温度限制而减少其活动范围。这种变化可能导致硅藻与寄生性原生动物之间的生态关系发生改变，进而影响整个浮游植物群落的稳定性。此外，人类活动带来的营养物质输入不均衡，如氮浓度较高而磷浓度较低，也可能对寄生性原生动物的感染率和宿主的种群动态产生影响。

本研究通过长期的现场调查和生态位分析，揭示了寄生性原生动物在沿海生态系统中扮演的重要角色。它不仅作为上层调控因素，影响硅藻的种群动态和群落结构，还可能通过改变营养物质的循环和能量转移路径，间接影响整个生态系统的功能。因此，将寄生性原生动物纳入沿海生态系统的研究框架中，有助于更全面地理解生态系统的复杂调控机制。此外，研究还指出，寄生性原生动物的感染可能受到多种因素的影响，包括环境条件、宿主种群的相对丰度以及寄生性原生动物自身的适应性特征。

在未来的生态研究中，有必要进一步探索寄生性原生动物的完整生命周期，特别是其自由生活阶段和感染过程中的生态行为。高分辨率的分子技术，如催化报告沉积荧光原位杂交（catalyzed reporter deposition fluorescence in situ hybridization, CARD-FISH）和液滴数字PCR（droplet digital PCR, ddPCR），可以用于更精确地追踪寄生性原生动物的动态变化，从而提供更深入的生态学见解。这些技术不仅能够提高检测的灵敏度和分辨率，还能够揭示寄生性原生动物在浮游植物调控和藻华形成中的具体作用。

综上所述，本研究强调了寄生性原生动物在沿海生态系统中作为重要的调控因素的重要性。它不仅影响了硅藻的种群动态和群落结构，还可能通过改变营养物质的循环和能量流动路径，对整个生态系统的功能产生深远影响。随着全球气候变化和人类活动的加剧，寄生性原生动物与宿主之间的相互作用可能会变得更加复杂，因此，深入研究这种相互作用对于预测和管理沿海生态系统的未来变化具有重要意义。