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海洋酸化（OA）威胁海洋钙化生物，而 Patella 属帽贝却能在极端低 pH 环境存活。研究通过长期自然酸化和短期原位移植实验，发现不同帽贝对 OA 响应不同，为解析生物耐酸机制及生态适应提供新视角。
海洋酸化（Ocean Acidification, OA）正成为全球海洋生态系统面临的严峻挑战之一。自工业革命以来，大气中二氧化碳（CO?）浓度从 280 ppm 飙升至如今的 421.73 ppm，约 30% 的 CO? 被海洋吸收，导致海水 pH 值持续下降。预计到本世纪末，全球海洋 pH 值可能下降 0.4 - 0.5 个单位，这将对依赖碳酸钙（CaCO?）构建壳体或骨骼的钙化生物构成致命威胁，如珊瑚、贝类、甲壳类等。这些生物面临着壳体溶解、钙化受阻、能量代谢紊乱等多重压力，进而可能引发整个海洋生态系统的连锁反应。然而，令人困惑的是，在意大利伊斯基亚岛的 Castello Aragonese CO? vents 系统中，却存在着如 P. caerulea、P. rustica 和 P. ulyssiponensis 等帽贝物种，它们能够在极端低 pH（如 pH < 7.4）的环境中生存繁衍。这一现象暗示这些生物可能进化出了独特的耐酸机制，但目前科学界对其背后的分子和生化机制知之甚少，且多数研究局限于实验室短期暴露，缺乏对自然复杂环境中生物长期适应策略的探讨。
为填补这一研究空白，研究人员围绕 “帽贝对海洋酸化的长期自然适应及短期响应机制” 展开研究。不过文中未明确提及具体研究机构，研究成果发表在《Environmental Research》。
研究主要采用了以下关键技术方法：在意大利伊斯基亚岛的 Castello Aragonese CO? vents 系统设置具有不同 pH 梯度的采样点（N/S1：pH 8.1；N/S2：pH ~7.7；N/S3：pH <7.4），采集自然栖息的三种帽贝（P. caerulea、P. rustica、P. ulyssiponensis）样本，测量其形态学特征（如壳长、软组织重量、体积等）；通过生物化学分析方法，检测与能量代谢（蛋白质、糖原含量）、氧化应激（超氧化物歧化酶 SOD、谷胱甘肽 - S - 转移酶 GST 活性）、生物矿化、神经毒性等相关的生物标志物；此外，针对 P. caerulea 开展了为期 30 天的原位移植实验，将其移植到不同 pH 位点，观察短期暴露下的生理生化响应。
形态学特征
在三种帽贝中，仅 P. caerulea 的形态学特征随 pH 位点呈现显著差异。来自极端酸化位点 N3 的个体，其壳长、软组织重量和体积均显著大于外部环境 pH 位点 San Pietro 和内部环境 pH 位点 N1 的个体。这可能与极端酸化环境中食物资源丰富度、竞争压力或捕食压力降低有关。
长期自然暴露的生化响应
- P. caerulea：在极端酸化位点，其能量资源（如糖原）水平较高，且氧化应激、生物矿化和神经毒性相关的生化指标未受显著影响，表明其可能通过优化能量代谢或利用环境资源实现长期适应。
- P. ulyssiponensis：不同 pH 条件下，其各项生化终点指标均未呈现显著差异，显示出对酸化环境较强的稳定性或耐受性。
- P. rustica：几乎所有生化参数均发生显著调节，这可能与其在岩礁海岸的较高分布位置（上中潮带和潮上带）有关，该生境可能面临更复杂的环境波动，导致其对酸化更为敏感，需调动更多生理资源应对压力。
短期原位移植实验响应
对 P. caerulea 进行的短期暴露实验显示，在极端酸化位点（N3），其蛋白质含量下降，糖原含量增加，可能通过优先储存糖原维持能量平衡；而在中等 pH 位点（N2），超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽 - S - 转移酶（GST）活性被诱导升高，表明机体启动抗氧化防御系统以应对酸化引发的氧化应激损伤。
结论与讨论
研究表明，同一属的不同帽贝物种对海洋酸化呈现出截然不同的响应策略：P. caerulea 和 P. ulyssiponensis 通过长期适应，在极端酸化环境中维持了生理稳态，可能涉及能量代谢重编程、抗氧化机制优化等；而 P. rustica 因生态位差异，对酸化更为敏感，依赖生化参数的动态调节应对压力。短期移植实验则揭示了 P. caerulea 具备快速调整能量储备和抗氧化酶活性的表型可塑性，这为其在酸化环境中的短期生存提供了保障。
该研究的重要意义在于：首次结合自然长期暴露和原位短期移植实验，系统解析了帽贝对海洋酸化的多层次响应机制，突破了传统实验室研究的局限性，为预测海洋生物在未来酸化环境中的生存策略提供了自然案例支撑；同时，揭示了同一属物种间耐酸能力的差异与生态位分化的关联，丰富了生物适应性进化理论；研究结果还为海洋生态保护，尤其是酸化热点区域的生物多样性维持，提供了重要的科学依据，有助于制定更具针对性的保护策略。此外，研究中涉及的生物标志物检测方法和原位实验设计，为后续开展海洋酸化对其他生物类群的影响研究提供了方法论参考。
