发育温度对岩礁潮间带贻贝（*Mytilus californianus*）幼虫性能的影响大于亲本热历史

《Marine Biology》：Developmental temperature has a greater influence on larval performance than parental thermal history in the rocky intertidal mussel, Mytilus californianus

　　

随着海洋物种越来越多地遭遇极端变暖事件——例如海洋和大气热浪——识别具有缓解热应激潜力的驯化机制对于预测物种对当前和未来变暖的反应至关重要。由亲本和发育热历史诱导的驯化可能是提高热耐受性的重要途径，特别是对于通常被认为对热应激敏感的早期生命阶段。在这项从野外到实验室的实验中，研究人员研究了跨代和代内热历史如何影响岩礁潮间带贻贝*Mytilus californianus*的早期生命史阶段。在这里，成年*M. californianus*在原位适应了不同的温度状况（即，在夏季和冬季后采集的高潮位或低潮位个体），在实验室中产卵，然后子代在凉爽（16 °C）和温暖（20 °C）温度条件下饲养。在面盘幼虫（veliger）阶段，通过测量体尺寸、呼吸速率和热耐受性来评估子代的生理性能。结果表明，发育温度对面盘幼虫性能具有主导性影响，在较温暖温度下饲养的幼虫体型更大、呼吸速率更高，但热耐受性降低。虽然有一些证据表明成年期适应可能也影响了子代性能，但这种影响并不强烈。像这样的野外研究对于使我们更接近确定驯化过程如何在自然种群中发挥作用至关重要。

**论文解读：发育温度对岩礁潮间带贻贝幼虫性能的影响大于亲本热历史**

**研究背景与问题**
海洋物种正面临日益频繁的极端变暖事件，如海洋热浪（MHW）和大气热浪（AHW），这些事件威胁着物种的生理和生态耐受窗口，可能导致生态系统层面的影响。在岩礁潮间带，基础物种如贻贝（*Mytilus californianus*）尤其脆弱，因为它们在低潮时暴露于空气温度、太阳辐射和风，经历剧烈且多变的热环境。尽管早期生命阶段（如胚胎和幼虫）通常被认为对热应激更敏感，但关于热历史（包括亲本跨代经验和发育期代内经验）如何影响幼虫性能的研究仍有限。特别是，大多数研究来自实验室，而野外适应研究（acclimatization）——即生物体在自然环境中暴露于多变量条件下的研究——对于理解这些过程在自然中的运作至关重要。本研究旨在探讨：1）成年贻贝在原位（in situ）经历不同温度状况（通过潮位和季节差异）是否可诱导跨代可塑性（TGP），从而影响子代幼虫性能；2）发育温度如何与亲本热历史相互作用，影响幼虫生理性能；3）卵大小作为母体投资（maternal provisioning）的潜在机制是否解释了TGP效应。

**研究内容与结论**
研究人员在加州Lompoc Landing的岩礁潮间带野外站点，采集了夏季（8月）和冬季（3月）高潮位和低潮位的成年贻贝，这些成年贻贝已原位适应了不同的温度状况（通过部署仿生温度记录器“robomussel”记录温度）。成年贻贝在实验室产卵，子代卵细胞来自每个适应处理（季节-潮位）的5只雌性，用单一低潮位雄性精子受精，然后在凉爽（16 °C）和温暖（20 °C）两个发育温度下培养至D形面盘幼虫阶段。在面盘幼虫期，测量了体尺寸（铰合线长度和二维面积）、呼吸速率（耗氧率）和热耐受性（急性热冲击后的LT₅₀）。此外，还测量了卵的二维面积以评估母体投资。

**主要结论**：发育温度对幼虫性能具有主导性影响——温暖发育温度下饲养的幼虫体型更大、呼吸速率更高，但热耐受性（LT₅₀）降低。亲本潮位（高 vs. 低）对幼虫性能的影响较弱，仅在冬季观察到一些趋势，且方向不明确。卵大小受季节和潮位的影响不显著，但暴露于最高热应激（夏季高潮位）的母体产下略大的卵。该研究发表在《Marine Biology》。

**重要意义**：研究揭示了在自然种群中，发育期热暴露对幼虫性能的影响远大于亲本热历史，且温暖发育温度可能以牺牲热耐受性为代价促进生长和代谢，这可能与能量权衡有关。这为预测气候变化下岩礁潮间带物种的响应提供了关键见解，特别是考虑到MHW和AHW的加剧。

**主要关键技术方法**
1. **仿生温度记录器（robomussel）**：部署在高、低潮位，以30分钟间隔记录温度一年，用于量化成年贻贝的热暴露（包括每日平均、最高、范围及中度/重度热应激累积时间）。
2. **野外采集与实验室繁殖**：夏季和冬季分别从高、低潮位采集成年贻贝，采用机械刺激诱导产卵，卵细胞按处理组混合后受精，在16 °C和20 °C下培养幼虫至D形面盘阶段。
3. **幼虫生理性能测定**：
- 体尺寸：通过显微镜拍照和ImageJ测量铰合线长度和二维面积（约30-35个幼虫/培养容器）。
- 呼吸速率：使用微尺度生物耗氧瓶（μBOD）和光纤氧计测量耗氧率，并进行尺寸校正。
- 热耐受性：急性热冲击（1小时，梯度温度28.9-37.4 °C），通过目测运动或纤毛运动判断存活，计算LT₅₀。
4. **卵尺寸测量**：从每只雌性采集约500个卵，测量二维面积作为母体投资指标。
5. **统计分析**：使用线性混合效应模型（LMM）和广义线性混合效应模型（GLMM）进行模型选择，基于Schwarz信息准则（SIC）比较，并计算Q₁₀值评估温度敏感性。

**研究结果**
**1. 成年贻贝热经验（季节与潮位效应）**
仿生温度记录器数据显示，高潮位贻贝经历的温度范围更大（3.7-41.1 °C），低潮位较低（7.8-27.8 °C）。夏季高潮位和低潮位之间的温度差异大于冬季。夏季高潮位贻贝累计中度热应激（23-30 °C）201.5小时，严重热应激（>30 °C）79.5小时；低潮位几乎无热应激。冬季高潮位贻贝累计中度热应激105.5小时，严重热应激19小时。这些数据验证了成年热历史的差异，并为假设提供了基础。

**2. 幼虫体尺寸**
发育温度是冬季幼虫体尺寸（铰合线长度和二维面积）的显著预测因子：温暖发育温度下幼虫尺寸略大（铰合线：β=0.001, SE=0.0006, t=2.62；二维面积：β=0.0003, SE=0.00006, t=4.15）。夏季幼虫体尺寸的最佳拟合模型为空模型（仅含随机效应），但竞争模型（含潮位或发育温度）也在ΔSIC<7范围内，表明发育温度和潮位可能有微弱影响。总体而言，发育温度对体尺寸的影响比亲本热历史更明显。

**3. 呼吸速率**
发育温度对呼吸速率有主导性影响：温暖发育温度下幼虫的尺寸校正呼吸速率更高（夏季：β=552.97, SE=42.90, t=12.89；冬季：β=222.27, SE=133.74, t=1.66）。Q₁₀值在夏季幼虫中较高（高潮位2.57，低潮位3.04），冬季较低（1.79和1.74），表明夏季幼虫对温度的敏感性更高，且亲本潮位可能影响温度敏感性差异。

**4. 热耐受性（LT₅₀）**
发育温度显著影响幼虫存活概率：温暖发育温度降低LT₅₀（夏季：Log-odds β=-3.56, SE=1.09, z=-3.28；冬季：Log-odds β=-2.18, SE=0.93, z=-2.36）。所有处理组的LT₅₀范围为34.4-36.5 °C，凉爽发育温度下幼虫的热耐受性更高。亲本潮位的影响微弱，仅在竞争模型中体现。

**5. 卵大小**
卵大小（二维面积）的平均值为0.0038-0.0047 mm²。最佳拟合模型为空模型（仅含母体身份随机效应），但竞争模型（含潮位或季节）在ΔSIC<7范围内，表明潮位和季节可能影响卵大小，但证据不充分。夏季高潮位母体的卵略大，但未达到统计显著。

**讨论与结论**
**讨论总结**：
- 发育温度对幼虫性能的主导影响表明，早期发育期热暴露通过能量权衡（生长与热耐受性）塑造表型，这与生态学中的“热适应假说”一致。温暖发育温度下幼虫体型增大、代谢率升高，但热耐受性降低，可能源于有限能量在生长与防御之间的分配。
- 跨代效应（TGP）的证据较弱，可能因为亲本与子代环境可预测性较低：潮间带成体经历高度变异的底栖环境，而浮游幼虫经历相对稳定的水柱环境，降低了选择TGP的进化压力。此外，其他环境因素（如暴露时间、食物供应、pH）也可能混淆潮位效应。
- 卵大小作为母体投资的指标，未显示强TGP效应，但夏季高潮位母体产生略大卵，与Waite和Sorte（2022）发现高应激母体产生更小卵的结果相反，提示种内或种群间差异，以及热暴露持续时间的重要性。
- 研究局限性：仅使用单一雄性，可能低估遗传变异；样本量有限（尤其是冬季呼吸速率分析）；温度数据来自单台记录器（高潮位），可能丢失微生境异质性。

**结论翻译**：
本研究提供了证据，表明早期发育期间经历的环境温度对幼虫生理性能的影响大于亲本热历史。这项从野外到实验室的实验结果表明，成年贻贝的原位适应可能对子代表型（如卵大小和幼虫性能）有贡献，但需要进一步研究来确认这种效应。就大气热浪效应而言，潮位对子代性能缺乏显著影响，特别是在夏季适应的贻贝中，可能是一个积极信号：高潮位贻贝暴露于数小时的热应激，但其子代与低潮位贻贝的子代无显著差异。在这种空间换时间分析中，高潮位贻贝被理论化为经历与未来变暖相关的条件，那么目前栖息在低潮位的贻贝幼虫可能不会受到未来变暖的严重影响。在全球变化的背景下，跨代可塑性（TGP）被认为是对气候变化压力源（如热浪）的响应方式，但本研究中未观察到明显的跨代益处。如果观察到子代性能差异，还需考虑亲本条件诱导益处的时间尺度、益处持续时长以及与子代发育经验的相互作用。最后，发育温度对子代性能有重大影响：温暖温度下饲养的幼虫体型更大，但以牺牲热耐受性为代价。在变暖的海洋中，MHW盛行率增加，这可能有利于幼虫缩短浮游期，但其他因素（如相互作用压力源和食物供应）将决定这是否有利。总体而言，本研究结果提供了关于跨代和代内驯化过程在自然中如何运作及其在确定物种对当前和未来气候变化响应中的关键见解。