北极冰期5万年中地方特有鳕鱼类的生存与分化:耳石记录揭示冰盖下并非生物荒漠

《Nature Communications》:Survival and divergence of Arctic endemic cod species during 50,000 years of climate change

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月18日 来源:Nature Communications 18.1

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  尽管北半球约50,000–12,000年前存在显著气候变率,但脊椎动物在冰期北冰洋中周期性繁荣的潜力长期被忽视,因为生态系统生产力被认为过低。研究人员分析保存在深海沉积物中的鱼类耳石(otolith),发现两种北极特有鳕类——冰鳕(Arctogadus gla

  
尽管北半球约50,000–12,000年前存在显著气候变率,但脊椎动物在冰期北冰洋中周期性繁荣的潜力长期被忽视,因为生态系统生产力被认为过低。研究人员分析保存在深海沉积物中的鱼类耳石(otolith),发现两种北极特有鳕类——冰鳕(Arctogadus glacialis)与极地鳕(Boreogadus saida)——在约48,000–35,000年前生活于87–89°N,并在约12,000年前的全新世(Holocene)之初重新出现。A. glacialis还在约20,000年前末次盛冰期(Last Glacial Maximum, LGM)峰值期间出现于格陵兰北部84–85°N,表明存在避难所(refugia),使该物种在最严苛气候条件下得以生存并与B. saida发生分化。这些发现说明,冰期北冰洋并非贫瘠冰沙漠,而是海洋鱼类冷适应演化的孕育场。
研究背景方面,过去认为北冰洋中央极地域(Central Arctic Polar Domain,指84°N以北深盆与海岭区)在约50–12 ka BP被多年厚冰覆盖、生产力近零,因而脊椎动物能否在冰下生存长期未知。然而该时段气候高度变率,存在大西洋(Atlantic)与太平洋(Pacific)水团输入、海冰暂时消退与生产力脉冲,故亟需直接用化石证据检验“冰期中央北冰洋无复杂食物网”的假设。论文发表于《Nature Communications》,研究人员利用2021年瑞典Synoptic Arctic Survey(SAS)乘破冰船Oden在罗蒙诺索夫海岭西段(87–89°N)与莫里斯·杰瑟普隆起(Morris Jesup Rise,84–85°N)五个站点采集的箱式岩心(box core)与推管岩心(push core)沉积样,分析鱼类耳石这一跨千年物种出现档案,回答冰期极端条件下北极特有鳕类是否可存续及如何分化。
主要关键技术方法上,研究人员于五站用Giant Box Corer取芯,并以推管获得分层沉积样,经300 μm筛洗收集耳石;以立体显微镜形态学特征(collicula、crenulations、长宽比等)鉴定冰鳕与极地鳕并打置信分;用Fiji提取二维形态参数并以主成分分析(PCA)辅助区分;以扫描电镜/能谱(SEM/EDS)比对现代与化石耳石结构成分;依已发表异速关系由耳石长推鱼叉长(fork length, FL);选79枚耳石送MICADAS做加速器质谱(AMS)1?C定年,并对表面用浸提(leaching)降低自生方解石与1?C污染。
研究结果部分保留小标题如下。Gadoid otoliths and climate over the past 50,000 years:研究人员在五站256枚耳石中鉴定出A. glacialis与B. saida及少量Paraliparis sp.,AMS-1?C显示MIS 3(约57–29 ka BP)、MIS 2(约29–12 ka BP)、MIS 1(全新世)三段出现;罗蒙诺索夫西段48–35 ka BP有两者,12 ka BP后再现,而35–12 ka BP缺失,说明LGM中央北冰洋生产力不足以维持种群,而非地层溶蚀造成。CAO fish survival depends on Atlantic and Pacific inflows:研究人员指出MIS 3的Dansgaard-Oeschger(D-O)事件带来大西洋/太平洋入流、白令海峡(Bering Strait)重开与海冰减退,使中央北冰洋(CAO)周期性可养鳕类;向LGM过渡时太平洋输入断绝、生产骤降,两物种在CAO消失约25,000年,至全新世气候最适期(Holocene Climatic Optimum)随营养盐输入恢复而回归。Climate-driven divergence between Arctic endemic cod species:莫里斯·杰瑟普隆起MIS 2仅有A. glacialis,且20.3–18.6 ka BP出现峰值,对应冰盖崩塌后冰间湖(polynya)与副极地水上涌形成的“绿洲”;B. saida缺席暗示其南退、A. glacialis留居避难所并遭遇瓶颈,尺寸重组支持生境结构变化促成两姐妹种生活史分化。Anthropogenic global warming and Arctic endemic fish:研究人员强调A. glacialis为冰缘专才、遗传变异低,对人为变暖最脆弱;B. saida遗传可变性强但中纬度竞争与捕食北上仍致风险,2024年全球均温已超工业化前1.5°C,CAO永冰生态正超出其热耐受。
讨论与结论翻译部分:研究人员证明A. glacialis与B. saida可承受行星尺度冰期,二者为姐妹种、约5–10 Ma前分化,温和间冰阶同域、LGM等严苛期异域,这种气候驱动分化是其成种过程的重要机制。极端冷并未使中央北冰洋成永久冰冻荒漠;千年级气候变率可周期支撑北极鱼类乃至海鸟与海洋哺乳动物食物网。结论为:过去将冰期生态系统描绘为缺乏高营养级海洋生命的说法,缺少古生物学与系统地理学证据支持;未来进一步的人为变暖很可能很快超过这两种喜冷鳕类热耐受,北方物种北扩将显著增加A. glacialis与B. saida种群衰退风险。
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