东南印度洋高纬度珊瑚礁与大型藻礁海胆Centrostephanus tenuispinus生殖季节性的生态意义研究

《Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom》：Reproductive seasonality of Sea Urchin Centrostephanus tenuispinus on high latitude coral and macroalgal reefs in the south-eastern Indian Ocean

本刊推荐：为解决高密度海胆种群对珊瑚礁生态系统的调控机制问题，研究人员针对东南印度洋高纬度海域的Centrochanus tenuispinus开展生殖季节性研究。通过性腺指数(%GSI)和组织学分析，发现该物种呈现同步化年生殖周期，其生殖输出受栖息地食物供给显著影响。该研究为珊瑚-大型藻类生态转换机制提供关键生殖生态学依据。

　　

在澳大利亚西南部的奇特海域，存在着一个令人着迷的生态谜题：同一片海域中，有些礁区被茂密的大型藻类覆盖，有些礁区却呈现出以硬珊瑚为主导的景观。这种生态差异的幕后推手，竟是一种名为Centrostephanus tenuispinus的长刺海胆。这种温带海胆种群在霍尔班克礁(Hall Bank Reef)呈现出高密度(2.94±0.14 ind·m^-2)、小体型(66.23±0.24 mm)的分布特征，成功抑制了大型藻类的补充，促进了硬珊瑚的优势地位；而在仅5公里外的明登礁(Minden Reef)，海胆种群却呈现低密度(0.14±0.01 ind·m^-2)、大体型(100.69±0.45 mm)的特点，栖息于大型藻类主导的生境。

这种显著的生态差异引发了一系列科学问题：两个种群是否具有相同的生殖周期？它们的生殖输出是否存在差异？食物可用性如何影响海胆的生殖策略？为了解答这些问题，由R.M.G.N. Thilakarathna领衔的研究团队在《Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom》上发表了重要研究成果。

研究方法的核心在于系统性比较分析。团队在2014-2017年间每月通过水肺潜水采集样本，累计收集390只海胆，采用性腺指数(%GSI=性腺湿重/总体湿重×100)定量评估生殖周期，结合组织切片染色技术进行生殖细胞发育分期。通过设置20×1m样带调查种群密度和体型结构，并利用原位温度记录仪监测水温变化。

季节性变化在性腺指数中的体现

研究发现C. tenuispinus呈现出清晰的同步化年生殖周期。雄性%GSI在2.76±0.11%至6.89±0.58%间波动，雌性在2.95±0.31%至6.93±0.57%间变化，两者均在2015年7月达到峰值。双向方差分析显示月份对%GSI存在极显著影响(F_(14,390)=9.812, p<0.001)，而性别间无显著差异，表明生殖周期的高度同步性。

配子发生与性腺组织学

通过组织学分析将生殖周期划分为六个阶段：恢复期、发育期、成熟前期、成熟期、部分排放期和排放期。卵子发生始于12月，3月进入活跃期，7月达到成熟高峰，排放期持续至12月。精子发生稍晚于卵子发生，4月进入发育期，7-10月为主要排放窗口。研究发现脂褐素沉积是恢复期的典型标志，表明未排放配子的再吸收过程。

种群结构与生殖输出比较

明登礁海胆体型显著大于霍尔班克礁(100.69±0.45 mm vs 66.23±0.24 mm)，且生殖输出存在显著差异。冬季明登礁%GSI(6.28±0.7%)是霍尔班克礁(3.32±0.32%)的1.9倍，夏季差异扩大至3倍(11.08±0.7% vs 3.65±0.30%)。这种差异与栖息地食物组成密切相关：霍尔班克礁以苔藓藻为主，而明登礁富含大型褐藻。

环境因子调控机制

研究表明海水温度与%GSI无显著相关性，但日照时长与雄性%GSI呈中度负相关(r=-0.566, p=0.035)。配子发生启动与秋季水温下降、日照缩短同步，排放期集中于冬末春初，这一模式与其近缘种C. rodgersii相似，但排放窗口延长至5个月，显示生殖周期的地理变异。

研究结论揭示，尽管两个种群生殖周期同步，但明登礁种群因食物资源丰富、种群密度低，个体拥有更大的生殖输出。这种生殖策略差异对种群补充和礁区生态动态具有重要影响：霍尔班克礁高密度种群通过强摄食压力维持珊瑚优势，而明登礁种群则通过高质量配子贡献区域性繁殖潜力。

该研究首次系统阐明了C. tenuispinus的生殖生态学特征，为理解温带海胆在珊瑚-藻类相变中的关键作用提供了机制性解释。研究结果对海胆渔业管理、礁区生态保护具有重要指导意义，特别是在全球变化背景下礁区生态系统稳定性维持方面提供了科学依据。