大西洋中脊热液喷口的荧光:概念验证及生态评估潜力

《Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》:Fluorescence at the hydrothermal vents of the Mid-Atlantic Ridge: a proof of concept and the potential for ecological assessments

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月25日 来源:Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers 2.3

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   •采用非侵入性照明方法,在深海中激发并可视化荧光•中大西洋海岭深海热液喷口生物表现出荧光•荧光增强了生物检测效果•荧光有助于喷口处的生态评估引言深海中没有光线,除了由生物自身产生的(生物发光)以及在外部光源照射后发射光线的(荧光)。荧光与生物发光的区别在于,荧光不涉及内源性化

  
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    采用非侵入性照明方法,在深海中激发并可视化荧光
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    中大西洋海岭深海热液喷口生物表现出荧光
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    荧光增强了生物检测效果
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    荧光有助于喷口处的生态评估

引言

深海中没有光线,除了由生物自身产生的(生物发光)以及在外部光源照射后发射光线的(荧光)。荧光与生物发光的区别在于,荧光不涉及内源性化学反应,而是生物体吸收光线并将其转化为波长更长的光(Macel等,2020)。因此,生物体本身并不产生光,而是其荧光化合物吸收光子,暂时将电子激发到更高的能态。当这些电子弛豫回初始状态时,能量便以光的形式释放。荧光通常在黑暗环境中可观察到,无论是在自然环境中还是在实验室条件下(例如Mazel,2005;Sasano等,2015a;Bessho-Uehara等,2020)。
直到相对较近的时期,荧光蛋白(FP)曾被认为主要存在于与共生藻类共生的海洋浅水腔肠动物中。然而,越来越多的证据表明,没有光合共生体的深海生物也能产生荧光,且具有独特的颜色变化(Vogt等,2008;Sasano等,2015a)。近年来发现的荧光属性海洋生物包括:猫鲨(Gruber等,2016)、深海海葵(Tsutsui等,2016)、多种深海珊瑚(Bessho-Uehara等,2020)以及深海鮟鱇(Ludt和Clardy,2022),还包括环境特征,如甲烷水合物(Ocean Explorer Deep Scope,2005)、热液沉积物(Sasano等,2015b)和溶解有机质(Yamashita等,2010)。
在生物学和生态学领域,人们对紫外至蓝色波长激发荧光且发射波长落在可见光光谱范围内的情形表现出极大兴趣,因为这能使目标特征可见(Hakanson等,2022)。最常用的荧光探索激发波长位于光谱的中蓝部分(约440–460 nm),这一波段在海水中传输良好,且已被证明能有效激发广泛生物种类的荧光(Mazel,2017)。结合蓝色激发灯和置于相机镜头前的黄色障碍滤光片,荧光即可被观察并记录在图像中(Gruber等,2016;Piniak等,2005;Baird等,2006;Ludt和Clardy,2022;Sparks等,2014)。本文首次在大西洋中脊热液喷口及其栖息生物中检测荧光。

章节摘要

方法

在MOMARST 2025次科考航次(2025年8月至9月)期间,前往位于亚速尔群岛南部大西洋中脊的Lucky Strike热液喷口区(深度1700米,37°17'35.9"N, 32°16'23.9"W),专门安排数小时的潜水时间用于观察热液喷口生物的原位荧光。

原位观察

首次原位观察结果显示,Bathymodiolus azoricus(蚶科,双壳纲)和Peltospira smaragdina(笠螺科,腹足纲)的贝壳表现出荧光,尤其是后者,显著提高了可见度(图2)。Peltospira smaragdina的特征为绿褐色贝壳,由于与底层基质的对比度不足,可能难以被注意到(图2)。然而,在使用激发灯和障碍滤光片时,荧光突出了这种笠螺的存在,尤其是在那些

讨论

生物发光在黑暗环境中作为沟通或分散注意力的手段是有意义的,因为它是生物体自身产生的。但在缺乏光线的深海中,荧光为何存在——尤其是在其依赖光源才能可见的情况下——这一问题仍然 unanswered。通常认为,荧光的生态意义属于以下功能之一:通讯、吸引、伪装或免疫反应(Poding等,2024)。首次

结论

本文展示了在深海大西洋中脊热液喷口利用非侵入性方法(激发灯和障碍滤光片)进行荧光可视化的概念验证。尽管一种在黑暗的深海中需要依赖光源才能可见的现象为何存在的原因仍然不明,但本文阐明了其作为检测工具的潜力及其对生态评估的实用价值。许多热液喷口生物表现出荧光图案,无论是贝壳,

CRediT作者贡献声明

Olivier Fauvin:写作 – 审阅与编辑、可视化、资源、方法论、概念化。Guillaume de Parseval:写作 – 审阅与编辑、可视化、资源、方法论、概念化。Eric Aujard-Catot:写作 – 审阅与编辑、可视化、资源、方法论、概念化。Laurent Bignon:写作 – 审阅与编辑、可视化、资源、方法论、概念化。Daphne Cuvelier:写作 – 审阅与编辑、写作 – 初稿撰写,

未引用参考文献

Dal等,2025;Rodríguez-Heredia等,2025;Schindelin等,2012。

利益冲突声明

? 作者声明不存在已知的竞争经济利益或个人关系,这些利益或关系可能影响本文所述工作的完成。

致谢

特别感谢Laurent Gauthier,他提供了最初的创意构思,并促进了与Nautile团队的技术交流。感谢Nautile团队的其他成员(除合著者外):Lo?c Bonnet、Gino Fabri、Tommy Chevillard、Samy Levy、Romain Mathieu、Franck Rosazza,以及MoMARSAT2025科考航次的首席科学家Marjolaine Matabos和Thibaut Barreyre,感谢他们宝贵的潜水时间,用于探索这些壮观生态系统中的荧光现象,
Daphne Cuvelier|Laurent Bignon|Eric Aujard-Catot|Guillaume de Parseval|Olivier Fauvin
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