夏威夷火山虾(Halocaridina rubra)的热响应机制：跨遗传谱系的主动与被动可塑性研究

研究人员针对气候变化下生物适应机制的核心问题，以夏威夷特有锚岸虾(Halocaridina rubra)为模型，通过比较2018年基拉韦厄火山喷发形成的新生高温栖息地与历史低温栖息地种群，揭示了其热极限(CTmax /CTmin )和代谢率的可塑性特征。发现热极限主要依赖驯化(acclimation)调节，而代谢率则呈现谱系特异性遗传差异，为预测气候变暖下洞穴生态系统的物种适应性提供了关键生理学证据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，理解生物如何通过生理调节和遗传适应应对温度升高成为紧迫课题。洞穴生态系统因其环境稳定性常被视为脆弱系统，而火山相关物种却可能具备独特的热适应策略。夏威夷特有的锚岸虾(Halocaridina rubra)作为锚岸生态系统关键物种，其8个遗传谱系在火山活动形成的温度梯度中分化，为研究"主动可塑性"(acclimation)与"被动可塑性"(passive plasticity)提供了理想模型。德克萨斯大学奥斯汀分校的Justin Havird团队在《Journal of Thermal Biology》发表的研究，首次系统揭示了这一物种的热生理适应机制。

研究采用跨谱系比较设计，关键技术包括：1) 采集夏威夷8个遗传谱系野生种群（含2018年基拉韦厄火山喷发形成的高温栖息地样本）；2) 临界热极限(CT_max
/CT_min
)测定；3) 多温度梯度(20-30°C)驯化实验；4) 代谢率被动Q₁₀
与驯化Q₁₀
计算；5) 3年实验室驯化跟踪。

【临界热极限可塑性】
通过比较新/旧栖息地样本发现：新生高温栖息地种群的CT_max
显著高于历史种群(34.2 vs 32.1°C)，但经3年室温驯化后差异消失，证实热极限具有可逆的驯化可塑性。值得注意的是，部分野生个体生活在仅比其CT_max
低1-2°C的环境中，提示火山活动可能预适应了其对气候变暖的耐受。

【代谢率响应模式】
代谢实验揭示独特分化：1) 代谢率对温度变化几乎无驯化响应，主要受测试温度驱动；2) 室温下不同谱系间存在显著差异（如东茂宜谱系代谢率比西夏威夷谱系高18%），表明遗传背景决定基础代谢水平；3) 被动Q₁₀
(2.1)与驯化Q₁₀
(2.0)无显著差异，不符合常见的部分补偿模式，反映其代谢调节机制的特殊性。

【谱系特异性适应】
西大岛谱系（分布最广）表现出最宽的热耐受范围，而单栖息地谱系（如WC）热可塑性受限。火山新生种群虽能快速获得高温耐受，但代谢调节的遗传约束可能限制其长期适应能力。

该研究开创性地证实：1) 火山活动创造的"天然实验室"能筛选出气候变暖预适应种群；2) 热极限与代谢率响应存在解耦现象——前者依赖可塑性调节，后者受遗传控制；3) 锚岸生态系统物种可能通过栖息地选择（而非快速进化）应对气候变化。这些发现为保护夏威夷特有文化物种提供了生理学依据，提出的Q₁₀
分析框架为量化生物热响应树立了新范式。研究特别纪念已故锚岸生物学先驱Scott Ross Santos博士的学术贡献。