《Journal of Chemical Ecology》：Behavioral and Exumbrellar Integumental Defenses in Jellyfish: The Hydromedusan Spirocodon saltatrix Releases Oxidized Derivatives of Unsaturated Fatty Acids Potentially to Avoid Predation and Bacterial Biofouling
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摘要：刺胞动物水母（刺胞亚门水母体阶段）正逐渐被认可为海洋营养网中多种捕食者的重要猎物。然而，它们作为猎物的特征仍知之甚少。在本研究中，研究人员检查了水母的防御特征，特别关注不依赖刺细胞的化学防御，这些防御作为对抗消费者、病原体和生物污损的策略。为了研究这些抗
摘要：刺胞动物水母（刺胞亚门水母体阶段）正逐渐被认可为海洋营养网中多种捕食者的重要猎物。然而，它们作为猎物的特征仍知之甚少。在本研究中，研究人员检查了水母的防御特征，特别关注不依赖刺细胞的化学防御，这些防御作为对抗消费者、病原体和生物污损的策略。为了研究这些抗消费者化学防御，研究人员选择了三种同域分布的水母物种：作为猎物的水螅水母 *Spirocodon saltatrix* 和钵水母海月水母 *Aurelia coerulea*，以及作为捕食者的钵水母日本海荨麻 *Chrysaora pacifica*。利用这些物种，研究人员进行了摄食实验、潜在防御器官的切除以及猎物释放化合物的分析。研究人员发现：(1) 在摄食实验中，*S. saltatrix* 个体表现出内卷行为（involution behavior），即当被 *C. pacifica* 捕获时，它们强烈收缩并将触手缩回伞内，从而逃脱，而 *A. coerulea* 个体则被消耗而未能逃脱；(2) 一系列手术切除实验表明，*S. saltatrix* 的伞被皮（umbrella integument）具有防御功能；(3) 气相色谱-质谱联用（GC–MS）分析显示，*S. saltatrix* 在其被皮受损时会释放C8至C9的醇类和醛类物质；(4) 行为实验证明，这些化合物能阻止捕食性水母的摄食；(5) 这些化合物抑制了从沉积物中分离的同域细菌 *Ectopseudomonas* sp. 的生物膜形成，表明其抗污损作用，尽管其对浮游生物污损的效果仍有待检验；以及 (6) 实验测定的有效浓度高于体相测量浓度。因此，研究人员假设，在受损被皮处的自然微尺度浓度足以达到有效阈值，表明它们作为防御剂发挥作用。因此，本研究证明 *S. saltatrix* 利用内卷行为及其被皮来避免捕食。据研究人员所知，这是首次关于刺胞动物水母外伞被皮防御（exumbrellar integumental defense）的报告，并提供了使用不饱和脂肪酸氧化衍生物进行化学防御的暗示性证据。
**论文解读：水母 *Spirocodon saltatrix* 的行为与外伞被皮化学防御机制**
**一、研究背景与科学问题**
在海洋营养网中，刺胞动物水母长期以来主要被研究为捕食者，它们利用触手上的刺细胞捕获浮游动物、鱼卵和幼鱼。然而，近年来研究表明水母同样扮演着重要的猎物角色，被多种海洋生物所捕食。尽管如此，水母作为猎物时所拥有的防御策略仍知之甚少。目前已知的防御手段包括透明身体（降低可视性）、丢弃部分身体组织、通过伞收缩进行内卷、生物发光威慑以及快速游动逃脱等。然而，对于这些行为防御的机制及其有效性，尤其是化学防御在水母中的作用，尚缺乏深入理解。此外，水母的体表同样面临细菌定植和生物污损的风险，其抗污损策略也亟待探究。本研究旨在探索水母是否具备不依赖刺细胞的化学防御能力，并选择同域分布的三种水母——猎物水螅水母 *Spirocodon saltatrix* 和钵水母海月水母 *Aurelia coerulea*，以及捕食者钵水母日本海荨麻 *Chrysaora pacifica*——构建种内捕食系统，以验证化学防御的存在及其功能。研究论文发表在《Journal of Chemical Ecology》。
**二、主要关键技术与方法**
研究人员采用了以下关键技术：（1）**捕食行为观察与等级评定**：在伪克赖泽水族箱中，通过视频记录捕食者 *C. pacifica* 对两类猎物（*S. saltatrix* 和 *A. coerulea*）的捕获与摄食过程，并根据猎物被处理的程度（释放、保持于触手/口腕、移至口部、进入胃血管腔）进行1至4级评分。（2）**手术切除实验**：通过轻柔擦除 *S. saltatrix* 的外伞被皮，制备“去被皮”个体，并与假手术对照组比较捕食者对其的摄食响应，以验证被皮的防御功能。（3）**固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME–GC–MS）**：收集受损被皮释放的挥发性化合物，使用DVB/CAR/PDMS纤维在30°C下萃取30分钟，然后在GC-MS上分析，鉴定并定量C8-C9醇类和醛类物质。（4）**摄食威慑实验**：以干燥磷虾为载体，将各化合物（浓度梯度：50%、5%、0.5% v/v）附着于磷虾上，观察捕食者 *C. pacifica* 保持处理磷虾的时间，与对照组（仅乙醇处理）进行配对比较。（5）**生物膜形成抑制实验**：利用从东京湾沉积物中分离的同域细菌 *Ectopseudomonas* sp.，在96孔板中加入不同浓度的化合物，培养1或2天后通过结晶紫染色法测定OD
595，计算生物膜抑制率。
**三、研究结果**
**1. Predatory Behavior of *Chrysaora pacifica* and Defensive Behavior of Prey *Spirocodon saltatrix* and *Aurelia coerulea***
通过捕食行为观察发现，所有15只 *A. coerulea* 个体均被 *C. pacifica* 捕获并摄食（11只进入口部或胃血管腔），而15只 *S. saltatrix* 个体中无一被摄食，其中8只被释放，7只被保持在触手/口腕上。捕食进程等级在两种猎物间存在显著差异（*p* = 2.1 × 10
-5，Mann-Whitney U检验）。*S. saltatrix* 表现出典型的防御行为：被捕获时强烈收缩伞部并将所有触手缩回伞内，形成球状，停止伞搏动，直至被释放后才恢复游动。
**2. Defensive Role of the Integument of *Spirocodon saltatrix***
手术切除被皮实验结果显示，15只去被皮的 *S. saltatrix* 中有14只被 *C. pacifica* 摄入胃血管腔，1只被保持；而15只假手术对照组全部被释放。两组间捕食进程等级差异极显著（*p* = 1.1 × 10
-7），明确证明 *S. saltatrix* 的外伞被皮具有防御功能。
**3. Discharged Compounds From the Injured Integument of *Spirocodon saltatrix***
SPME–GC–MS分析表明，在被皮受损的水样中，检测到三种化合物显著高于对照组：(E)-2-壬烯醛（(E)-2-nonenal，含量为对照的23倍）、1-壬醇（1-nonanol，2.2倍）和(E)-2-壬烯-1-醇（(E)-2-nonen-1-ol，6.6倍）；1-辛烯-3-醇（1-octen-3-ol）有升高趋势但未达显著水平（*p* = 0.12）。壬醛（nonanal）被认为是人工产物，未定量；(E,Z)-2,6-壬二烯醛和(E)-2-辛烯-1-醇未检出。
**4. Deterrence of the Compounds Discharged From *Spirocodon saltatrix* Against Predator *Chrysaora pacifica***
摄食威慑实验显示，1-壬醇、(E)-2-壬烯-1-醇、(E,Z)-2,6-壬二烯醛、壬醛和(E)-2-壬烯醛在50%和5%浓度下显著缩短捕食者保持磷虾的时间；1-辛烯-3-醇和(E)-2-辛烯-1-醇在50%、5%和0.5%三个浓度均有效；七种化合物的等摩尔混合物在50%、10%和5%浓度下有效，而模拟自然组成的混合物在0.5%浓度下仍有效。
**5. Biofilm Forming Inhibition**
生物膜抑制实验中，5%浓度的(E,Z)-2,6-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇、(E)-2-辛烯-1-醇以及所有混合物的抑制率超过90%；0.5%浓度的(E,Z)-2,6-壬二烯醛及其混合物抑制率约80%；0.05%浓度下均无效。
**四、总结与讨论**
本研究首次证实了刺胞动物水母 *S. saltatrix* 具备外伞被皮的化学防御能力。当被捕食者 *C. pacifica* 捕获时，*S. saltatrix* 通过内卷行为保护触手等脆弱器官，同时从受损被皮释放C8-C9醇类和醛类化合物，这些化合物能够有效威慑捕食者并抑制同域细菌 *Ectopseudomonas* sp. 的生物膜形成，提示其同时具有抗生物污损功能。研究者推测，这些防御分子可能来源于不饱和脂肪酸（PUFAs）的酶促氧化降解，类似于某些鱼类、植物和藻类中已知的生化途径。尽管体相测量浓度较低，但由于这些化合物为低极性油性物质，倾向于聚集在微尺度的损伤部位，其局部浓度足以达到有效阈值。本研究揭示了水母在海洋营养网中作为猎物时所采用的一种新颖的整合防御策略——行为防御（内卷）与化学防御（外伞被皮释放挥发性化合物）相结合。未来研究需在野外验证这一捕食关系，并进一步探究浮游环境中细菌的抗污损作用。
**结论部分翻译**：
研究人员的研究表明，水螅水母 *Spirocodon saltatrix* 具备针对同域捕食性水母 *Chrysaora pacifica* 的被皮防御和行为防御。这些结果表明，*S. saltatrix* 承受着显著的捕食压力，并在海洋食物网中作为重要猎物发挥作用。具体而言，*S. saltatrix* 释放的挥发性小分子醛类和醇类能够威慑捕食者，表明它们作为防御化合物的作用。然而，从受损 *S. saltatrix* 测得的浓度与主动威慑 *C. pacifica* 所需的浓度之间仍存在差异。因此，未来的研究必须评估这些化合物在水母体表微尺度上的自然浓度。有趣的是，一套非常相似的分子也由某些鱼类（如香鱼 *Plecoglossus altivelis* 和篮子鱼 *Siganus fuscescens*）以及黄瓜 *Cucumis sativus* 产生。这些醛类和醇类的生物合成途径从藻类、植物到动物高度保守，都是通过多不饱和脂肪酸的氧化产生的。此外，这些潜在的防御化合物抑制了 *Ectopseudomonas* sp. 的生物膜形成，表明 *S. saltatrix* 还具有额外的抗污损功能。这种针对浮游环境中细菌的抗污损作用值得进一步研究。最后，*S. saltatrix* 表现出一种被称为内卷的行为防御，这一反应在多种水螅水母中已有充分记载。行为防御（内卷）和外伞被皮化学防御的结合可能在许多水螅水母物种中被广泛利用。
