在長江源尋魚,研究青藏高原土著魚的存活機理有何意義?
當海拔超過4000米時,不少初上高原的遊客會(hui) 因空氣稀薄出現高原反應。而在海拔超4500米的長江源頭,一些魚群卻能依舊“活蹦亂(luan) 跳”、繁衍生息。
在最低氣溫零下40至零下30攝氏度的情況下,長江源魚類是如何越冬的?氣候變化可能會(hui) 對這些獨特魚類帶來哪些影響?3年多來,來自長江水利委員會(hui) 長江科學院的研究團隊,在人跡罕至的長江源持續艱辛“尋魚”,逐步揭開當地關(guan) 鍵魚種的越冬、繁殖機理,開啟長江源魚類棲息地研究和保護的序幕,為(wei) 長江大保護提供科研支撐。
“第三極”的獨特裂腹魚
走進青海省漁業(ye) 技術推廣中心冷水魚繁育車間,一條條小頭裸裂尻魚幼魚苗,在培育池裏遊動、覓食。這些生活在海拔4800米的長江源關(guan) 鍵魚種,去年6月份首次實現規模化人工繁殖,如今長度達到10厘米。這批小頭裸裂尻魚是長江科學院研究團隊在長江南源——當曲,捕獲發育成熟的親(qin) 魚,通過人工授精獲取受精卵後人工繁殖而來的。
長江被譽為(wei) 我國淡水漁業(ye) 的搖籃、魚類基因的寶庫。業(ye) 內(nei) 人士介紹,長江源頭地處被稱為(wei) 地球“第三極”的青藏高原腹地,當地土著魚類基本分布在海拔4000米以上地區,且多為(wei) 我國的特有魚種。
海拔高也意味著魚類生長速度極為(wei) 緩慢。在長江源,河湖的水溫、水質和平原地區差異很大。由於(yu) 高寒缺氧,生物餌料十分貧乏,魚類普遍缺少食物來源,甚至隻能通過刮食水藻勉強維持生存。
據青海省漁業(ye) 部門統計,長江流域青海段分布有土著魚類21種。“分布在長江源頭區域的魚類主要有6種,其中包括2種裂腹魚和4種高原鰍屬。”長江科學院長江源關(guan) 鍵魚類棲息地研究創新團隊負責人李偉(wei) 介紹,2種裂腹魚中的小頭裸裂尻魚前期被認為(wei) 隻是植食性魚類,但研究發現,在越冬期,小頭裸裂尻魚轉化為(wei) 肉食性,以處於(yu) 同一個(ge) 越冬場的高原鰍為(wei) 食,成為(wei) 長江源水域的頂級捕食者。這類頂級捕食者往往是關(guan) 鍵種,通過捕食作用控製其他魚類的數量,維護著生態係統的平衡。
另一方麵,從(cong) 地理分布來看,小頭裸裂尻魚分布範圍狹窄,僅(jin) 分布在海拔4400~5200米的藏北地區,而另外一種裂腹魚和4種高原鰍是廣布種,在青藏高原地區分布較廣。因此,嚴(yan) 格意義(yi) 上長江源的關(guan) 鍵魚類指的是裂腹魚中的小頭裸裂尻魚。
2019年,李偉(wei) 帶領團隊參加長江源科考時,將小頭裸裂尻魚列為(wei) 長江源魚類研究的代表對象。
觀察裂腹魚標本可以發現,這種魚的腹部後方有兩(liang) 列對稱裂開的皮質層,左右各一列臀鱗沿皮質層有序分布,看起來就像腹部裂開一樣,因此得名裂腹魚。李偉(wei) 說,裂腹魚並不是某一種魚,而是隨著青藏高原隆起進化演變形成的一類魚的統稱,“在我國,裂腹魚類種數占世界裂腹魚類種數的80%以上”。
小頭裸裂尻魚具有明顯的“三高”特性:隨青藏高原隆起進化程度最高、海拔分布高、生活史晝夜溫差高,是長江源水生態係統健康與(yu) 否的指示種,具有極高的科研價(jia) 值、生態價(jia) 值和潛在的經濟價(jia) 值。
同時,在青藏高原最低氣溫達零下40攝氏度等極端環境下,長江源魚類表現出較強的適應性,長江源成為(wei) 我國重要的高原生物多樣性物種資源庫和漁業(ye) 資源基因庫。
研究表明,長江源魚類具有抗低氧、抗紫外線等多重抗逆性,是青藏高原獨特生態鏈中的關(guan) 鍵因子。加上其主要類群分化時間與(yu) 青藏高原階段隆升在時間上基本一致,對研究青藏高原隆起過程具有重要參考意義(yi) 。
艱辛驚喜“尋魚路”
冬季,長江源接近零下30攝氏度的氣溫,讓河流發生“連底凍”:從(cong) 水底到水麵全部凍住。這種條件下,小頭裸裂尻魚等魚類怎麽(me) 存活?這個(ge) 問題吸引著李偉(wei) 和他的團隊持續研究長江源魚類。
通過查閱文獻得知,我國70餘(yu) 種裂腹魚中,目前僅(jin) 青海湖裸鯉、四川裂腹魚和短須裂腹魚在產(chan) 卵場等方麵有過相對詳盡的研究,裂腹魚類整體(ti) 研究較少,關(guan) 於(yu) 冬季“連底凍”狀態下,長江源魚類如何越冬的研究處於(yu) 空白。
由產(chan) 卵場、索餌場、越冬場和洄遊通道組成的“三場一通道”,是魚類生態學重點研究領域。綜合國內(nei) 對長江源魚類的研究進展,李偉(wei) 團隊決(jue) 定從(cong) 小頭裸裂尻魚的越冬場入手展開野外調查。
長江有三源:北源楚瑪爾河、正源沱沱河、南源當曲。個(ge) 個(ge) 一望無際,去哪裏尋找魚兒(er) 越冬場?
“長江源魚類完全適應了極低溫環境,具有明顯的地理分布隔離特征,因此不會(hui) 沿河洄遊至下遊河段越冬。”李偉(wei) 說,在實地科考後,他推斷長江源存在一片不會(hui) 發生“連底凍”的水域,充當魚類的“避難所”。
經對比人為(wei) 幹擾因素、交通科研條件,李偉(wei) 決(jue) 定從(cong) 位於(yu) 玉樹州的長江南源當曲開始尋覓魚類越冬場。2019年4月,科考小組五個(ge) 人,兩(liang) 台車,開始了沿河尋覓之旅。
4月的長江源,依舊白雪蓋地、河流冰封。當年玉樹遭遇雪災,冰雪融化時間相對推遲一個(ge) 月,科考車輛行進在大雪覆蓋的高原,道路時隱時現,隨時麵臨(lin) “趴窩”危險。
沿途遇到未凍住的河段,科考隊員穿戴防水服和潛水麵罩,帶著采集設備,把頭埋入冰冷的河水中,近距離觀察魚類形態和水底環境,進行采樣,出水後人凍得直哆嗦。數百公裏河道一段段搜尋。
受“放生”習(xi) 俗和飲食習(xi) 慣影響,當地藏族群眾(zhong) 很少捕魚。一次沿河野外調查過程中,李偉(wei) 突然聽到警笛聲臨(lin) 近。原來有附近群眾(zhong) 向警察舉(ju) 報,認為(wei) 他們(men) 在非法捕魚,“經過解釋才得以繼續采集樣本”。
冷風呼嘯,腳還被藏在鞋子裏的木蜂蜇傷(shang) 過。長時間身處高寒缺氧的環境,有時不得不在車裏過夜,寂靜的野外和殘酷的自然環境一度讓隊員們(men) 想放棄。
在快熬不住的時候,驚喜出現了。一天下午,在一段沒有封凍的河流,李偉(wei) 用手一探,發現河水是溫的。下水發現,有小頭裸裂尻魚等4種長江源魚類在這裏過冬。這意味著苦苦尋覓的越冬場終於(yu) 被發現。
興(xing) 奮勁過後,李偉(wei) 在周邊觀察,很快找到魚兒(er) 在此越冬的奧秘:一處溫泉入河,保證這個(ge) 河段常年不凍。他由此推測,小頭裸裂尻魚等長江源魚類在河流冰封前,從(cong) 各處支流遊到此地過冬,待夏季來臨(lin) ,再遊到不遠處的產(chan) 卵場繁育。
隨後的研究異常順利。李偉(wei) 團隊相繼開展了越冬場魚類組成、小頭裸裂尻魚等關(guan) 鍵魚類回到越冬場時間以及越冬食物研究等;2020年揭示越冬場形成機製,找準關(guan) 鍵魚類離開越冬場的時間並精準定位產(chan) 卵場。由此,小頭裸裂尻魚的越冬機製、產(chan) 卵機製、越冬和產(chan) 卵時間等均被掌握。為(wei) 獲得研究所用樣本,李偉(wei) 練得一手撒網捕魚本領,加上長期被紫外線暴曬導致皮膚黝黑,被同事笑稱為(wei) “博士漁夫”。
需要更多研究和保護
調節梯度水溫、挑選魚卵進入不同水溫的培養(yang) 係統,在位於(yu) 青海省玉樹藏族自治州雜多縣的長江科學院江源基地裏,李偉(wei) 正在開展魚類胚胎發育實驗。在接連數天中,對數百顆魚卵進行不同溫度條件下的生存考驗,模擬氣溫變化對小頭裸裂尻魚受精卵發育的影響。
“全球平均氣溫上升已是科學界的共識,位於(yu) 青藏高原的長江源是全球氣候變化的敏感區。”李偉(wei) 說,掌握小頭裸裂尻魚的越冬、索餌、繁殖機理後,他開始擴大研究範圍,關(guan) 注氣候變暖促使江源流域水溫升高,同時鹽湖擴張可能導致周圍河流鹽分提高等因素,將對水生態係統穩定性帶來的影響。
科考發現,江源地區的晝夜溫差最高達15攝氏度以上,小頭裸裂尻魚等高原魚類在水溫接近0攝氏度時仍能適應。但在一定高溫下,魚卵是否還能健康發育?在實驗場地,水溫設置在22攝氏度至28攝氏度的4個(ge) 魚卵培育係統,以2攝氏度為(wei) 溫差並列擺放,一旁的氣泵源源不斷地將氧氣注入水中。
為(wei) 模擬自然中真實的水溫變化過程,每過12小時,李偉(wei) 通過換水讓培養(yang) 係統恢複到初始溫度,同時觀察魚卵的發育情況。經過數天的孵化,高溫條件下培育的部分魚卵破膜時發育異常,畸形率顯著高於(yu) 對照組。李偉(wei) 說,如果氣候持續變暖,將會(hui) 對魚類生存繁殖造成衝(chong) 擊,“河流鹽度升高風險不能忽視,需要進一步開展研究。”
“長江源生態係統非常脆弱,物種豐(feng) 富度較低。”李偉(wei) 說,高原魚類作為(wei) 生態係統的重要組成部分,繁殖能力弱,一旦受到破壞,種群數量短期內(nei) 難以恢複,水鳥等候鳥的生存食物基礎將受到威脅。
利用在長江南源搜集的發育成熟親(qin) 魚,李偉(wei) 團隊通過人工授精獲取受精卵,在海拔4000多米的科考基地實施人工孵化,連續三年成功實現小頭裸裂尻魚人工繁殖。去年6月,首次實現規模化人工繁殖;今年6月,首次將人工孵化繁育的千餘(yu) 尾小頭裸裂尻魚苗在當曲河畔放流。“未來一旦長江源關(guan) 鍵魚類資源受損,就能實施適當的增殖放流,修複魚類生態係統”。
在李偉(wei) 看來,找到小頭裸裂尻魚的越冬場、實現人工孵化,都還隻是開啟長江源魚類棲息地研究和保護的序幕。“越冬場的魚從(cong) 哪裏來,洄遊通道如何,各種魚之間的生態位關(guan) 係怎樣,這些未解之謎還需要深入觀察。”李偉(wei) 說,從(cong) 更長遠來看,人工培育並畜養(yang) 相當數量的長江源關(guan) 鍵魚類是開展係列研究的基礎,這需要科研機構做好長遠布局。後續也可以通過生物信息學分析,在魚類基因組水平上研究魚類與(yu) 極端環境適應相關(guan) 的特殊遺傳(chuan) 機製,通過技術手段將高原魚類的基因特性應用到良種培育、生物醫藥產(chan) 品開發等領域,“從(cong) 而實現對長江源魚類更好的研究和保護”。
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