耳石形态作为区分过去三十年在南极半岛附近采集到的黑岩鳕（Notothenia coriiceps）种群因气候变化而导致的生长变化的工具

《Science of The Total Environment》：Otolith morphology as a tool to discriminate climate-driven growth variations in populations of black rockcod ( Notothenia coriiceps) sampled over the last three decades off the Antarctic Peninsula

南极半岛Bransfield海峡黑岩鳕（Notothenia coriiceps）耳石形态与生长轨迹分析显示，近三十年水温上升导致个体生长速率下降，耳石圆度及重量显著影响种群空间分布。基于耳石生长年轮和形态学特征，成功区分2002、2006、2012、2018年采集的四个年度种群。

　　黑岩鳕（*Notothenia coriiceps*）是一种在南极地区具有重要生态地位的鱼类，尤其在西南极半岛的浅水区域，其种群数量和生物量在所有底栖鱼类中占据主导地位。随着全球气候变化的加剧，南极地区的海洋生态系统正经历显著的环境变化，其中黑岩鳕的生存和繁衍受到水温上升等关键因素的影响。因此，研究黑岩鳕的耳石形态变化，不仅有助于理解其对环境变化的适应能力，也为评估全球气候变化对南极海洋生物群落的影响提供了重要线索。

耳石是鱼类内耳中的一组钙质结构，通常成对存在，并通过薄膜与感觉上皮相连，用于感知运动、方向、平衡和声音（Campana, 1999）。在特定物种中，耳石的形态具有高度的种群特异性，但同一物种内部的形态差异则相对较小（如Hecht, 1987；Smale et al., 1995）。因此，耳石的形态变化常被用作区分不同物种或同一物种在不同环境下的种群的重要工具。此外，耳石的生长模式与鱼类的生长速率密切相关，其大小的增加通常与身体生长成比例（Campana and Thorrold, 2001）。这种特性使得耳石成为评估鱼类生长历史和环境影响的宝贵工具。

在鱼类的生长过程中，耳石的形成受到多种内源性和外源性因素的影响。例如，水温、盐度、溶解氧、光照周期和食物供应等环境参数都会在一定程度上影响耳石的生长轨迹（Sibly et al., 2015）。这些参数的变化不仅会影响鱼类的生长速度，还可能改变其形态特征。因此，耳石的形态变化可以反映鱼类在其生命周期中所经历的环境条件。然而，由于耳石形态变化在某些物种中的表现可能较为微弱，利用图像分析工具进行更复杂的几何形态学分析变得尤为重要（La Mesa et al., 2020；Tenbrink et al., 2025）。

在全球气候变化的背景下，近年来南极地区的水温显著上升，这一变化对当地生态系统产生了深远的影响。特别是在西南极半岛（WAP）地区，水温的升高尤为明显。WAP的海洋环境与南极大陆周围的其他区域有所不同，其海底温度较高，形成了独特的生态条件。这种环境变化对鱼类的生长和繁殖模式产生了直接影响，从而影响了整个海洋生态系统的结构和功能。

为了更好地理解黑岩鳕对环境变化的响应，本研究选择了四个不同年份（2002、2006、2012和2018）的样本，以评估其耳石形态的变化。这些样本来源于Bransfield海峡，该区域的海洋环境具有复杂的水文结构，不同来源的水体在该区域交汇，形成了独特的生态条件。Bransfield海峡及其邻近岛屿是南极地区重要的生物多样性热点，其鱼类群落主要由高南极和低南极物种组成，这些物种在其分布的最南端展现出丰富的多样性（La Mesa et al., 2022）。

黑岩鳕在Bransfield海峡的浅水区域广泛分布，其栖息深度通常在5至50米之间，主要生活在覆盖着大型藻类的岩石底质上（Casaux et al., 2003；Barrera-Oro and Casaux, 2008）。在过去三十年中，黑岩鳕的种群数量有所增加，而与其亲缘关系密切的两个物种——斑岩鳕（*Notothenia rossii*）和隆背岩鳕（*Gobionotothen gibberifrons*）——则经历了长期的种群下降，这可能与历史上的过度捕捞有关（Barrera-Oro and Marschoff, 1990；Barrera-Oro et al., 2017）。黑岩鳕的整个生命周期已被广泛研究，其幼鱼阶段至少在6至8个月内为浮游生物，之后会定居在沿海水域的大型藻类床中，直到达到性成熟（White et al., 1982；Casaux et al., 1990）。成年后，部分个体终生生活在近岸水域，而另一部分则会迁移到较深的水域进行繁殖（Eastman et al., 2011）。

鉴于黑岩鳕在西南极半岛大陆架生态系统中的关键作用，以及该地区水温的快速上升，本研究采用耳石作为评估气候变化对黑岩鳕生长速率和形态影响的工具。研究的主要目标包括：a) 通过耳石生长环的计数来估算黑岩鳕个体的年龄；b) 利用耳石形态分析作为区分不同采样年份样本群体的工具；c) 将耳石大小和形态的变化作为环境压力的代理指标，比较其在三十年间的趋势变化。通过对这些目标的实现，我们希望揭示气候变化对黑岩鳕种群的潜在影响，并进一步探讨其在南极生态系统中的生态角色。

为了实现这些目标，研究团队在Bransfield海峡及其周边区域进行了四次夏季调查，分别于2002年、2006年、2012年和2018年使用商业底拖网采集样本。采样地点包括南设得兰群岛周围的大陆架以及南极半岛尖端附近的海域（图1）。耳石的形态和生长模式被用于分析不同年份样本的群体特征。通过对耳石的横截面进行观察，研究团队能够清晰地识别出其交替的透明和不透明区域，从而准确地估算样本个体的年龄。

研究中还采用了多种形态分析方法，包括标准化耳石测量和外部形态的描述，这些数据被转化为一系列形状指数和椭圆傅里叶描述符（Elliptic Fourier Descriptors），以便更全面地评估耳石形态的变化。通过将这些形态参数应用于线性判别分析（LDA），研究团队能够在散点图中清晰地识别出四个明显的鱼类群体，这些群体的分布模式与各自的采样年份密切相关。其中，耳石的圆度和重量被证明是影响样本空间分布的最重要因素。

进一步的分析表明，耳石的生长轨迹与鱼类在其生命周期中经历的平均海表温度趋势之间存在一定的相关性。尽管这种关系并非完全一致，但总体上显示出水温上升对耳石生长和形态的负面影响。这一发现与黑岩鳕独特的耐温特性相一致，该特性使其在与其他南极鳕鱼相比时表现出更为明显的对温度变化的敏感性（Tang et al., 2024）。因此，黑岩鳕的耳石形态变化可能成为评估气候变化对南极鱼类群落影响的一个重要指标。

此外，研究还发现不同采样年份的样本在体长上存在显著差异，这可能反映了环境条件的变化对鱼类生长的影响。总体而言，样本的性别比例接近1:1，表明性别分布较为均衡。这些结果为后续分析提供了重要的数据支持，有助于更全面地理解黑岩鳕种群的动态变化及其对环境变化的响应。

本研究不仅为评估气候变化对黑岩鳕的影响提供了科学依据，也为进一步探讨南极地区鱼类对环境变化的适应机制奠定了基础。通过对耳石形态和生长模式的深入分析，我们能够更准确地评估鱼类在不同环境条件下的生长状况和生态行为，从而为保护和管理南极地区的渔业资源提供重要的参考。同时，这一研究也强调了在气候变化背景下，对南极生态系统进行持续监测和研究的重要性，以确保其生态平衡和生物多样性的维持。