光污染抑制大型溞昼夜垂直迁移的城乡种群一致性研究

《BMC Environmental Science》：Light pollution suppresses diel vertical migration across rural and urban Daphnia magna populations

本研究针对人工夜间光照(ALAN)对水生生物行为的长期影响机制，通过比较城乡不同历史光照暴露的大型溞(Daphnia magna)种群在LED光源下的垂直迁移行为，发现2.2 lx的白光LED均能显著抑制其昼夜垂直迁移(DVM)，且城乡种群未出现适应性分化。结果表明生物对月光变化的原始反应规范在光污染环境下得以保留，这对预测ALAN对水生生态系统营养级联效应具有重要意义。

　　

当夜幕降临自然水体，浮游生物会开启一场关乎生存的精密舞蹈——昼夜垂直迁移(diel vertical migration, DVM)。这一行为策略使它们能够在白天潜入深水躲避视觉捕食者和紫外线伤害，夜晚则浮至表层水域觅食。然而全球范围内快速增长的人工夜间光照(Artificial Light at Night, ALAN)正悄然改变着这场演化了亿万年的生命仪式。特别是随着白光LED的普及，其光谱特性与自然月光存在显著差异，可能对水生生物产生前所未有的干扰。

尽管已有研究证实ALAN能引发浮游动物的短期行为响应，但关于种群能否通过遗传适应缓解这种干扰的科学认知仍存在空白。为解答这一难题，赫尔辛基大学的Lehtonen和Candolin在《BMC Environmental Science》发表最新研究，通过精巧的实验设计揭示：无论是长期暴露于光污染的城市种群，还是生活在黑暗环境中的乡村种群，大型溞(Daphnia magna)面对ALAN时都表现出高度一致的迁移抑制现象。这一发现暗示生物对自然月光变化的古老适应机制，可能在新型光污染场景下产生生态陷阱效应。

关键技术方法

研究团队从芬兰赫尔辛基大都会区（城市）和柯寇努米地区（乡村）各选取3个池塘，建立60个无性繁殖系进行三代实验室驯化。采用48厘米高透明圆柱装置，通过红外摄像系统记录个体在鱼捕食风险环境下的垂直分布。实验组施加2.2 lx白光LED（峰值449纳米）模拟城市光照条件，对照组保持<0.01 lx黑暗环境，分别观测夜间（熄灯后3小时）和白天（开灯后3小时）25厘米上层水域个体数量。

研究结果

夜间迁移行为

广义线性混合模型(GLMM)分析显示，ALAN处理显著减少夜间上层水域个体数量（P<0.001），但城乡种群间无统计学差异（P=0.888）。这表明白光LED对DVM的抑制效应具有跨种群稳定性，城市种群并未演化出对新型光源的特异性适应。

昼夜迁移模式

昼夜对比数据表明，ALAN主要改变夜间分布模式（P<0.001），而白天各组分布无显著差异（P=0.693）。未受光污染群体表现出典型的DVM节律——夜间表层聚集、白天深层分散，而ALAN组则削弱了这种昼夜差异的幅度。

讨论与展望

研究结果揭示了两个关键生态学启示：其一，生物对月光强度的自然反应规范（如满月时迁移幅度降低）可能延续至ALAN场景，说明演化历史塑造的行为阈值在新型光污染下依然生效；其二，城乡种群反应的相似性暗示当前选择压力可能不足以驱动适应性分化，或因城市水体中沉水食物资源丰富降低了迁移行为适合度代价。

这种跨越种群一致性的行为改变可能引发级联生态效应。作为水体清道夫的大型溞，其迁移模式改变可能影响藻华控制效率和营养循环通路。特别值得关注的是，不同物种对ALAN的响应差异可能导致群落结构重组，例如规避光污染的物种减少与趋光捕食者增加之间的失衡风险。

该研究为光污染生态学提供了重要时空维度证据，指出尽管ALAN已存在百年，但LED技术的快速更迭可能超出物种适应速率。未来研究需关注更高光照强度（如港口区域达200 lx）下的行为响应，以及多物种互作网络在ALAN场景下的动态变化。这些发现为制定生态友好型夜间照明方案提供了理论依据，警示我们需要在技术创新与生态保护之间寻求更精细的平衡点。