罗斯海两种同域Chionodraco（C. hamatus与C. myersi）早期生活阶段的遗传-色素鉴定及耳石微增量揭示的孵化与生长差异

《Polar Biology》：Biological traits and identification tools of early life stages of two sympatric species of Chionodraco in the Ross Sea

　　

Chionodraco属包括三个近缘种，其中两个种（C. hamatus和C. myersi）在其整个环南极分布（circum-Antarctic distribution）范围内同域（sympatric）。作为成体，它们表现出细微的形态差异，而幼虫阶段迄今被认为无法区分。通过结合对1月在罗斯海东部和西部海区采集的Chionodraco早期生活阶段的遗传学（genetics）和色素模式（pigmentation pattern）分析，研究人员首次尝试解决该问题。此外，对矢耳石（sagittal otoliths）的微增量（microincrement）计数使研究人员能够进一步阐明其早期生活史和繁殖特性。基于线粒体标记（mitochondrial markers），这两个物种的幼虫阶段在遗传上具有区分性，并且在侧体色素（lateral body pigmentation）上也存在差异。所采样群体的空间和群体统计学结构也显著不同，C. myersi的特征是分布更广且幼虫阶段较C. hamatus更不发达。日生长率（daily growth rate）和相应的尺寸百分比变化在C. myersi中高于C. hamatus。从个体年龄估计和捕获日期出发，回溯计算了孵化时间和孵化时幼虫尺寸。有趣的是，C. myersi比C. hamatus孵化更晚且尺寸更小，这与先前研究中报道的产卵季节（spawning season）和怀卵雌鱼卵尺寸一致。目前结果提供了存在合子前屏障（premating barrier）的证据，该屏障阻止两个同域物种之间的杂交（hybridization）。

论文围绕罗斯海南部海洋鱼类中冰鱼科（Channichthyidae）Chionodraco属两种同域物种C. hamatus与C. myersi的早期生活阶段展开。南大洋鱼类区系主要由notothenioids支配，冷南极类群cryonotothenioids包括110种，在寒冷陆架水域演化。其早期生活阶段在底部定居前生活于海水柱中，浮游幼虫扩散的时机与持续时间决定空间分布和群体连通性。冰鱼还演化出补偿血液缺乏呼吸色素的多项生理适应。Chionodraco属包括三个近缘种：C. hamatus、C. myersi和C. rastrospinosus。前两者同域且环南极分布，主要在东南极，后者主要分布在南斯科舍弧、南设得兰群岛和南极半岛西侧直至别林斯高晋海；近期在东南威德尔海记录到小群体。该属成体形态非常相似，仅吻部棘和鳃耙数目/形态有别；早期生活阶段则长期无法可靠区分。既有遗传学证据表明三种遗传上分化，另有间冰期古杂交和渐渗，主要发生在同域C. hamatus与C. myersi之间，但当代无基因流，提示存在合子前杂交屏障。罗斯海大陆架中，二者成体均广布但深度分布略有差异；C. hamatus在罗斯海夏季1—3月产卵，C. myersi繁殖性状未知；幼虫孵出时间和持续时间也未知，以往鱼类浮游生物调查只能临时鉴定。为此，研究人员在罗斯海东部和西部采集Chionodraco早期生活阶段，结合遗传标记与色素模式进行种级鉴定和描述，并利用矢耳石微增量推断早期生活史和繁殖特征。

关键方法：样本来自2023年1月20—29日第38次意大利南极考察RV Laura Bassi在罗斯海TNB（13站）和BOW（8站）的21站；用开口-闭合Tucker拖网在300—150和150—0 m白天采集，丰度标准化为每10³ m³。实验室测量TL（total length，总长）、划分发育阶段并描述色素；取矢耳石计数微增量，拟合指数模型并反推孵化；扩增线粒体D-loop，与Schiavon et al.的560条序列、57个单倍型联合做单倍型网络。

研究结果：
诊断特征（Diagnostic characters）：对20尾幼虫D-loop序列分析，与560条序列（57个单倍型）联合，比对长度326 bp。单倍型网络清晰分离三物种；11尾归C. myersi，9尾归C. hamatus。C. myersi仅2个单倍型，相差1个替换，且与威德尔海该种最常见序列相同；C. hamatus有6个单倍型、5个变异位点，未匹配威德尔海最丰富单倍型，1尾携带新单倍型，位于C. hamatus簇内，与最近单倍型差1个突变。色素上两物种多数部位相似，均有短前背黑色素细胞行及颌、吻、颌角、额/顶/枕头部、胸鳍基、腹部背/侧/腹区、尾柄色素；差异在于体侧：C. hamatus后肛部有3—5列背侧和3—5列腹侧黑色素细胞行，向后减至1—2列；C. myersi后肛部不超过2列背侧和2列腹侧，向尾柄减至1列。由此确立腹部上方和后肛部侧色素为幼虫鉴别特征。

群体统计学参数（Demographic parameters）：C. hamatus样本为9尾后幼虫，TL 33—40 mm，采自0—300 m、仅TNB四站，相对丰度0.23—0.97尾/10³ m³。C. myersi为2尾幼虫（TL 23—24 mm）和9尾后幼虫（TL 29—33 mm），采自TNB五站和BOW三站，TNB丰度0.23—0.24，BOW 0.23—0.70尾/10³ m³。说明C. myersi分布更广、幼虫阶段较不发达，而C. hamatus仅见于TNB。

耳石结构与年龄数据（Otolith structure and ageing data）：两物种矢耳石盘状，具初始吻部形成迹象，内部单/多原基，微增量薄而均匀，1—1.5 μm。距原基21—51（C. hamatus）和19—26（C. myersi）个微增量处见明显check，推测与外源摄食开始有关。TL与最大耳石直径呈指数关系，分别解释62%和74%方差。年龄估计：C. hamatus59—100天，C. myersi35—58天；年龄判读精度低（CV=4.90%，APE=3.46%）。指数模型得日尺寸百分比变化G分别为0.36和0.99，日生长率0.09—0.14 mm和0.17—0.31 mm。孵化时幼虫尺寸约27.6 mm（C. hamatus）和17.9 mm（C. myersi）；反推孵化日期分布分别为42天和33天，且二者无重叠。这一点说明早期生活史时间分离。

讨论部分总结：过去三十年鱼类浮游生物调查显示罗斯海沿岸幼虫鱼群中notothenioids占优，包括大陆架四科（Artedidraconidae、Bathydraconidae、Channichthyidae、Nototheniidae）约50%底层种；Chionodraco幼虫在多数区域最丰富，但因缺乏诊断特征只能临时或不鉴定。研究人员结合遗传和色素首次区分并描述C. hamatus与C. myersi早期生活阶段。遗传上两物种清晰分离；C. myersi单倍型数少于C. hamatus，尽管其从C. hamatus+C. rastrospinosus支系分歧更早（约1.8 Mya）。低样本量限制稳健结论，但单倍型差异与Schiavon et al.大样本结果一致；不同群体历史、遗传漂变或历史瓶颈被提出解释。由于使用母系遗传线粒体标记，不能排除少数因线粒体渐渗而误分，需核标记；但参考单倍型经核微卫星验证，渐渗个体在群体中很罕见。色素方面，后肛部侧色素可区分二种，C. hamatus的色素与C. rastrospinosus很相似。群体参数差异显著：两种均出现在两个深度层，但C. hamatus仅TNB，BOW缺失可能偶然，因东罗斯海大陆架有成体记录；缺乏夜间采样可能造成偏差。大小和年龄无重叠。指数模型显示C. hamatus日生长率和日百分比变化低于C. myersi，孵化期分别约为10月—11月初和11月底—12月。结合文献，C. hamatus在罗斯海、Davis海和Weddell海夏季产卵，产4.4—5.0 mm大卵于底部巢中；C. myersi在Mawson海晚秋或Weddell海冬季产3.8—4.2 mm卵。作者据此提出C. hamatus孵化期约7—8个月，C. myersi约5—6个月，与后者更小孵化尺寸一致；notothenioids中卵大小与孵化期和孵化尺寸正相关，也与C. hamatus外源摄食开始更晚、卵黄储备更多一致。结论翻译：两个同域物种C. myersi和C. hamatus通过强化机制表现出高水平合子前隔离，包括不同的非重叠产卵期和早期生活史特征。这与两物种间未发现当代杂交个体一致，尽管在间冰期曾推测C. hamatus与C. myersi发生种间基因流，直到生殖隔离完成。然而，两个异域物种C. hamatus与C. rastrospinosus共享相似繁殖和早期生活史特征：南设得兰群岛外C. rastrospinosus于3—4月产4.8—5.0 mm大卵；对南极半岛后幼虫和幼鱼年龄-体长数据应用指数模型，得日生长率0.12—0.18 mm/day、尺寸百分比变化0.30%、孵化尺寸26.9 mm，与C. hamatus相似；近期还记录到C. rastrospinosus筑巢行为。Weddell海小群体及两姐妹种繁殖策略相似，提示潜在杂交可能，与近期研究推测一致。