揭开加州凤尾鱼数量神秘波动背后的秘密

斯克里普斯大学和美国国家海洋和大气局科学家的最新研究发现，生态相关性有助于解释加利福尼亚凤尾鱼数量的暴涨暴跌。如果这些相关性在进一步的研究中得到证实，有朝一日它们将有助于为加州凤尾鱼渔业的管理提供信息，并改善保护工作。

凤尾鱼在海洋生物中的作用

美洲鳀（Engraulis mordax）是加州最引人注目的海洋生物--包括成群的海狮、成群的海豚、利润丰厚的金枪鱼渔业和成群的鲸鱼的重要食物来源。但是，加利福尼亚近海凤尾鱼种群的特点之一是繁荣和萧条的循环，这种循环可以持续十多年。这些起伏在整个海洋生态系统中回荡，有时会导致海狮幼崽挨饿，有时会导致褐鹈鹕饿到抛弃雏鸟。

尽管经过数十年的科学研究，特别是由加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）以及加州鱼类和野生动物管理局合作开展的 CalCOFI 研究项目的研究，但究竟是什么原因导致了这些繁荣和萧条，仍然难以捉摸。该计划对加州海岸上下的海洋生态系统进行调查，是世界上规模最大、时间最长的海洋监测计划之一。

在生物调查中采集并保存在福尔马林中的美洲鳀幼体（25 毫米长）。资料来源：Rasmus Swalethorp

研究的主要发现

这项研究于 12 月 5 日发表在《自然通讯》（Nature Communications）上，由美国国家海洋与大气管理局（NOAA）和美国国家科学基金会（National Science Foundation）资助。研究人员分析了 45 年来在 CalCOFI 调查中收集到的凤尾鱼幼鱼，发现支持幼鱼的食物链长度与凤尾鱼种群的兴衰密切相关。

具体来说，食物链越短，数量越多；食物链越长，数量越少。幼虫食物链较短，在食物链底部光合浮游植物采集太阳能量和幼虫（主要吃浮游动物）之间，一种动物吃另一种动物的步骤较少。

这项研究的主要作者、斯克里普斯大学的项目副科学家拉斯穆斯-斯瓦勒托普（Rasmus Swalethorp）说，这种相关性的可能解释之一是，食物链越短，效率越高，因此食物链底层的更多能量会到达凤尾鱼幼虫体内。斯瓦勒霍普说，这是因为食物链不同部分的生物每次相互吞噬时，都会发生能量损失，这是众所周知的。

斯瓦勒托普说："这就好比电力从发电厂输送到我们家中时所发生的能量损耗--距离越长，沿途损耗的能量就越多。从食物链的一个层级到下一个层级也是如此--步骤越多，到达凤尾鱼幼虫体内的能量就越少。幼鱼吃的可能是完全相同的食物，但当食物链拉长时，可能意味着食物没那么丰富，或者同样的食物所含的能量没那么多。"

因此，较短的食物链可能会支持更多的凤尾鱼幼虫个体。

Swalethorp 于 2014 年开始了这篇论文背后的研究，希望利用 CalCOFI 采样计划的优势，更好地了解加利福尼亚洋流生态系统中这一重要角色的涨落机制。

"海洋是一个非常大的地方，我们对其进行代表性采样的能力非常有限，"斯瓦勒托普说。"CalCOFI是地球上最全面的海洋生态系统调查，它是我们了解这些更大的生态机制的最佳机会。"

具体来说，研究人员希望验证这样一个观点，即在特定年份里，有多少美洲鳀在幼鱼期的危险中存活下来，一个关键的决定因素是这些幼虫所参与的食物链结构。为此，研究人员利用稳定氮同位素分析法，确定了1960年至2005年期间由CalCOFI计划收集的207条约三周大的凤尾鱼幼体的食物链长度。

2020 年，研究小组发表了一篇论文，详细介绍了这种估算化学保存鱼类食物链长度的方法，该方法的基本理念是，当一种生物吃掉另一种生物时，被吃掉的生物会在其消费者的组织中留下化学特征。在这种情况下，分析并不能揭示谁吃谁的确切身份，但可以用来推断浮游植物和凤尾鱼幼虫之间的食物链有多少环节。

分析结果表明，较短的幼鱼食物链往往会在凤尾鱼数量激增期之前一两年出现，而较长的幼鱼食物链则与随后一到两年凤尾鱼数量减少有关。此外，食物链长度的变化在大部分繁荣期和萧条期都持续存在。

至于食物链长度如何以及为何会逐年增加或减少，Swarethorp 提供了一些可能的解释。

斯瓦勒托普说："凤尾鱼幼体非常容易饿死，它们的存活实际上取决于能量到达它们体内的效率。如果食物链很短，效率很高，这可能有助于更多幼鱼存活下来，从而有助于推动未来一两年的繁荣周期。"

由于目前的研究无法确定所发现的较长和较短食物链中的各个物种，这项研究无法解释为什么较长的食物链与凤尾鱼的萧条有关，反之亦然。无论存在这种相关性的原因是什么，幼鱼食物链指数--利用稳定氮同位素对幼鱼食物链长度进行的年度测量有可能在不久的将来成为估算鯷鱼种群趋势的有用工具，但还需要更多的研究来探索其潜力。

在研究期间，幼鱼食物链长度似乎是一个重要的驱动因素，但也存在其他重要的驱动因素，它们的相对重要性很可能随时间和空间的变化而变化。未来将研究的时间序列扩展到现在会很有吸引力，因为目前的分析没有涵盖 2015 年之后的几年，当时加利福尼亚近海的凤尾鱼数量再次激增。他还说，研究小组正开始探究食物链拉长时究竟是谁在吃谁以及是什么引发了食物链底层的这些变化等复杂问题。

除此之外，当研究人员尝试将这种相关性应用到其他地区和其他鱼类物种（如秘鲁鳀鱼Engraulis ringens，来自世界上最大的单一渔场时），才能真正检验这种相关性的解释力。

参考文献《鯷鱼的繁荣与萧条与幼鱼饮食的营养转变有关》，2023 年 12 月 5 日，《自然通讯》。

DOI: 10.1038/s41467-023-42966-0

编译来源:ScitechDaily