《Frontiers in Ecology and Evolution》：Physiological and cellular responses of Mytilus galloprovincialis to hyposalinity stress in contrasting urbanized coastal environments
编辑推荐：
全球气候变化与人为开发加剧了沿海水文循环，使海洋生态系统日益频繁地遭受急性低盐度事件，这些事件主要来源于城市暴雨径流。本研究以入侵性地中海贻贝（*Mytilus galloprovincialis*）为对象，通过研究加利福尼亚州洛杉矶县两个水文特征截然不同的种
全球气候变化与人为开发加剧了沿海水文循环，使海洋生态系统日益频繁地遭受急性低盐度事件，这些事件主要来源于城市暴雨径流。本研究以入侵性地中海贻贝（*Mytilus galloprovincialis*）为对象，通过研究加利福尼亚州洛杉矶县两个水文特征截然不同的种群——Ballona Creek（BC，一条以高度多变盐度为特征的人工混凝土渠道）与Marina Del Rey Harbor（MDR，一个水文稳定的海洋环境）——探讨了该物种对渗透胁迫的生理响应。研究人员在旱季（秋季）和湿季（冬季）采集贻贝，并将其暴露于40至5 psu的盐度范围内，持续7天和14天。研究量化了血淋巴渗透压、代谢率、清滤率、通过Hsp/Hsc 70相对蛋白丰度反映的细胞应激响应、死亡率和体况指数（BCI）。血淋巴分析证实，*M. galloprovincialis*在40至15 psu范围内为广盐性渗透顺应者（osmoconformer），但在严重低盐度（<15 psu）条件下转变为高渗调节（hyperosmotic regulation）。两个种群的整生物体性能指标（代谢率和清滤率）在湿季均显著高于旱季。代谢率和清滤率在中等盐度（25 psu）时达到峰值，随后在低盐阈值（5 psu）处出现严重下降（最高达95%），这表明与低盐度胁迫下防御性闭壳行为相关的代谢抑制。位点特异性差异明显，BC种群所经历的多变盐度环境使其展现出预备性的细胞防御机制。BC贻贝在20 psu时Hsp/Hsc 70相对蛋白丰度增加4.1倍，且在慢性胁迫下具有更优的存活率，其中位致死盐度（LS50）在10 psu时为13天，而MDR贻贝仅为7天。此外，两个位点的贻贝在慢性14天暴露于15或25 psu后，其BCI均显著降低。综合来看，严重低盐度下摄食减少和代谢抑制表明能量获取受限，可能导致更高的死亡率。最终，本研究强调局部环境历史塑造了生理韧性，这将决定海洋双壳类如何应对未来气候驱动的降水异常。
**《潮汐与城市之间：地中海贻贝在盐度波动中的生理韧性——来自洛杉矶对比性城市化沿海环境的证据》**
**一、研究背景与科学问题**
全球气候变暖正在加速水文循环（hydrological cycle），极端降水事件在频率和强度上均呈现上升趋势。与此同时，城市化进程中大量自然渗透性地表（如湿地、森林和草地）被不透水的硬化表面（如混凝土和沥青）替代，从根本上改变了区域水文格局。这种改变使得雨水无法自然渗入土壤，转而形成大量地表径流涌入邻近的水生栖息地。在暴雨事件中，大量淡水在短时间内注入沿海海洋环境，形成急性低盐度（hyposalinity）事件，对固着生活的海洋生物构成渗透胁迫（osmotic stress）。
贻贝属（*Mytilus*）双壳类动物因固着生活、分布广泛且对环境变化敏感，常被用作生态系统健康的生物指示物。其中，地中海贻贝（*Mytilus galloprovincialis*）是一种全球性成功的入侵物种，原产于地中海，已在北美太平洋沿岸建立优势种群。该物种通常被认为是温适应的，与其同属近缘种（如*M. edulis*或*M. trossulus*）相比，对低盐度的耐受性较低。然而，一些种群却在高度多变的盐度环境中繁衍生息，这提示某些局域种群可能进化出了增强的生理可塑性。
本研究选取了洛杉矶县两个水文特征截然不同但地理位置相邻的栖息地：Ballona Creek（BC）——一条用于城市径流排放的混凝土渠道，盐度高度多变，暴雨期间盐度可骤降至0 psu；以及Marina Del Rey Harbor（MDR）——一个水文稳定的人工小型船舶港口，潮汐循环受限，盐度相对稳定。*M. galloprovincialis*在两个栖息地均能持续生存，这提出了一个关键的科学问题：在截然不同的盐度条件下，这些位点特异性种群究竟依赖何种生理适应机制得以存活？本研究旨在通过综合比较两个种群的多种生理指标，揭示定义该物种渗透耐受性的本地适应机制，评估物种对未来气候驱动的降水异常的脆弱性。研究假设认为，BC与MDR之间环境盐度的差异已驱动*M. galloprovincialis*位点特异性种群的表型分化，来自多变环境（BC）的贻贝可能比来自稳定环境（MDR）的贻贝更能适应低渗胁迫并维持生理功能。
**二、主要技术方法概述**
研究人员共设计了三项独立的实验。实验1研究了7天渗透胁迫对来自两个位点（BC与MDR）贻贝在旱季（2023年秋季）和湿季（2024年冬季）的生理响应，测定的指标包括代谢率（metabolic rate）、清滤率（clearance rate）、血淋巴渗透压（hemolymph osmolarity）和Hsp/Hsc 70相对蛋白丰度。实验2研究了14天慢性渗透胁迫下两个位点贻贝的存活率，采用Kaplan-Meier生存曲线分析和Cox比例风险模型计算风险比（hazard ratio）。实验3评估了14天慢性渗透胁迫对两个位点贻贝体况指数（BCI）的影响。贻贝均手工采集自潮下带位置，在受控条件（17°C，35 psu）下适应两周后，以每小时5 psu的速率逐步调整至目标盐度（40、35、30、25、20、15、10和5 psu），分别维持7或14天。代谢率通过间歇式呼吸测定法（intermittent respirometry）测量氧气消耗获得，清滤率依据Coughlan（1969）的方法通过荧光标记藻类清除实验测定，Hsp/Hsc 70相对蛋白丰度采用Western blot技术分析，BCI依据干组织质量与干壳质量之比计算。
**三、研究结果**
**3.1 血淋巴渗透压**
在旱季和湿季中，当处理渗透压从1220 mOsm（40 psu）降至417 mOsm（15 psu）时，两个位点贻贝的血淋巴渗透压均沿等渗线变化，符合渗透顺应者（osmoconformer）的特征。在旱季，暴露于10和5 psu（343和223 mOsm）低盐条件下的贻贝表现出升高的平均血淋巴渗透压，表明发生了高渗调节（hyperosmotic regulation）；而在湿季，这一趋势仅在5 psu（223 mOsm）时显现。该结果表明，*M. galloprovincialis*渗透顺应作用的下限阈值具有季节性可塑性，湿季时该阈值可下调至10 psu。
**3.2 代谢率**
代谢率在湿季（平均值2.77±2.34 S.D.）显著高于旱季（平均值1.07±1.25 S.D.）。在两个季节中，盐度对代谢率均有显著影响，但位点及位点与盐度的交互作用不显著。代谢率在中等盐度（25 psu）暴露下达到峰值，较对照组（35 psu）最高增加两倍；而在最严重的低盐处理（5 psu）下，代谢率急剧下降，旱季BC和MDR贻贝分别下降95%和93%，湿季分别下降85%和84%。这种代谢抑制最可能归因于防御性闭壳（shell valve closure）行为——当外部盐度下降时，贻贝紧闭双壳以维持内部高渗环境，但同时导致呼吸停滞和代谢水平大幅降低。
**3.3 清滤率**
清滤率同样受盐度显著影响，且旱季均值（0.68±0.29 L·min?1·g?1）低于湿季（0.95±0.45 L·min?1·g?1）。旱季中，BC和MDR贻贝在5 psu时的平均清滤率分别较对照组（35 psu）下降35%和37%。湿季中，位点及位点与盐度的交互作用显著，BC贻贝在15 psu时清滤率最高，而同一处理恰好对应MDR贻贝的最低清滤率。在5 psu严重低盐条件下，两个种群的清滤率均降至最低。清滤率的下降与闭壳行为密切相关，闭壳限制了鳃纤毛活动和水泵过滤功能，导致摄食中断和能量获取受限。
**3.4 Hsp/Hsc 70相对蛋白丰度**
旱季分析显示，位点、盐度及其交互作用对Hsp/Hsc 70相对蛋白丰度均有显著影响。BC贻贝的平均相对丰度（0.344±0.26）高于MDR贻贝（0.171±0.080）。BC贻贝在20 psu处理下表现出最高的Hsp/Hsc 70相对丰度，较对照组（35 psu）增加4.1倍；而MDR贻贝在25 psu时丰度最高（较对照组增加41%，但差异不显著），在5 psu时丰度最低。在40、20和5 psu处理下，两个位点间存在显著的位点特异性差异。该结果揭示，BC种群因长期暴露于高度多变的盐度环境，已形成一种预备性的细胞防御机制，能够在中等低盐度胁迫下快速上调分子伴侣蛋白以保护细胞蛋白稳态。
**3.5 死亡率**
在14天慢性暴露实验中，两个位点贻贝的生存曲线在处理组间均存在显著差异。BC贻贝的LS50在5 psu时为3天，10 psu时为13天；MDR贻贝的LS50在5 psu时为4天，10 psu时为7天。风险比分析显示，MDR贻贝在5 psu处理下的死亡风险（HR=149.14）比BC贻贝（HR=85.99）高73%。在10 psu下，BC贻贝的风险比降至11.86，而MDR贻贝的危险比为50.88。在40至15 psu范围内，BC贻贝存活率超过90%，MDR贻贝超过80%。位点特异性存活差异（尤其在10 psu下）进一步支持了BC种群因频繁经历城市径流导致的渗透胁迫而进化出更强的渗透耐受性。
**3.6 体况指数**
MDR贻贝的BCI（2.18±0.54）总体上大于BC贻贝（1.59±0.47）。在35、25和15 psu处理中，盐度对BCI有显著影响，但位点及交互作用不显著。两个位点的贻贝在14天暴露于25或15 psu后BCI均下降，而35 psu对照组的BCI反而有所增加。5 psu处理因高死亡率在7天时终止。慢性渗透胁迫导致的BCI下降表明，在低盐度条件下，贻贝的能量分配从体细胞生长转向生理应激响应，体现了生存与生长的能量权衡。
**四、讨论与结论**
本研究从细胞和整生物体两个层面揭示，*M. galloprovincialis*在1220至417 mOsm范围内为广盐性渗透顺应者，而在低盐条件下（343至223 mOsm）转变为高渗调节，且调节阈值的下限具有季节性可塑性。综合代谢率、清滤率、死亡率和BCI等多维度指标，结果一致表明：随着盐度降低至20 psu以下，贻贝的代谢功能、摄食能力均显著下降，死亡率上升，体况恶化。严重低盐度下观察到的代谢抑制和摄食减少符合能量限制型胁迫耐受模型（energy-limited stress tolerance model）：在胁迫加剧时，生物体将能量从有氧代谢空间转向细胞修复和稳态维持，导致生长、繁殖和生存能力的下降。
最值得关注的是，来自盐度高度多变环境（BC）的种群表现出明显的表型优势——更强的Hsp/Hsc 70应激响应、更高的存活率和更长的LS50时间。这表明局域环境历史在塑造物种生理韧性方面具有决定性作用。虽然本研究仅覆盖了一个旱季和一个湿季，但已能揭示季节性淡水输入和环境变异性可能是驱动位点特异性差异的关键因素。随着气候变化加剧极端降水事件的频率和强度，沿海海洋环境将面临越来越频繁的低盐度冲击。本研究为评估海洋双壳类对未来气候驱动降水异常的脆弱性建立了关键基线，也为沿海生态系统的保护和管理提供了重要的科学依据。
**五、研究结论**
*M. galloprovincialis*在渗透调节阈值下限、能量消耗（以代谢率变化为指标）和能量获取（以清滤率峰值变化为指标）方面表现出一定的可塑性。然而，低盐度诱导了严重的生理响应，包括代谢抑制、摄食减少和死亡率升高，其潜在机制可能涉及细胞应激。不同种群之间的差异响应表明，局域盐度状况在贻贝抵御气候变化、降水增加及淡水涌入沿海栖息地所带来的日益加剧的胁迫中发挥着关键作用。
