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鱼的家谱 瑞士湖泊中的物种演化



如今,瑞士职业渔民捕获的鱼中,白鲑鱼大约占60%。

如今,瑞士职业渔民捕获的鱼中,白鲑鱼大约占60%。

(Keystone)

我们似乎经常听到“生物多样性”这个时髦的词儿还有它的重要性。然而,如果我们在某处失去一个物种,这真的很要紧吗?科学家们针对瑞士最受欢迎的一种鱼展开了研究,这为探求生物多样性持续减少所造成的后果,提供了新的见解。

来瑞士法语区的游客有口福了,他们或在城市里铺满鹅卵石的街道上漫步,或在蜿蜒的小径间徒步旅行,他们在饥肠辘辘之时,可能会驻足当地的餐厅,享用一道白鲑鱼(féra,英文whitefish)大餐。这种鱼属于鲑鱼科,虽不起眼,却经济实惠、易于烹饪且味道清淡,于是经常出现在洛桑、沃韦、蒙特勒和日内瓦各地的菜肴之中。

虽然“féra”最初专指一种日内瓦湖中的本地鱼种“莱芒湖白鲑”(即日内瓦湖白鲑,Coregonus féra),但是这种鱼自1920年以来再也没有在瑞士出现过,人们相信这种鱼已经灭绝了(英)外部链接。 如今,“féra”这个名字指的是15到20种不同的鱼,其形状、大小和偏好的栖息地都有很大差异。

由于这种鱼的物种多样性和生态重要性,科学研究者对它们青睐有加。在科学研究中提及这种鱼时,使用的是它们的生物学属名“Coregonus”。

但是,尽管如今我们在日内瓦湖中发现了多种白鲑鱼,但是与昔日湖中生存的丰富而多样的白鲑鱼品种相比,这只是很小的一部分。在20世纪下半叶,十几种原产于瑞士的白鲑鱼因“富营养化”(eutrophication,特指湖泊、河流、水库等水体中氮、磷等植物营养物质含量过多,所引起的藻类及其他浮游生物迅速繁殖,从而使得水体溶解氧含量下降,造成植物、水生物和鱼类衰亡甚至绝迹的污染现象)造成的污染而绝种。

2012年,瑞士联邦水生科技研究所(Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology ,EAWAG)的奥利·塞豪森(Ole Seehausen)和他的同事们在《自然》杂志(英)外部链接上发表文章,第一次将白鲑鱼的种类减少与富营养化联系在一起。现在,他们发布的数据又是第一次提出,白鲑鱼生物多样性减少可能还会降低湖泊生态系统的效率,导致产鱼量减少。

简而言之,那些之前遭到富营养化沉重打击的瑞士湖泊,如今在渔业活动中效率较低。

塞豪森告诉瑞士资讯swissinfo.ch,“我们研究了涉及瑞士所有湖泊的各州渔业捕捞统计数据,我们发现,如果给出固定数量的鱼食,在那些白鲑鱼的生物多样性没有受到重大破坏的湖泊中,渔民的捕鱼量最大。”

这项研究于今年二月发表在英国皇家协会的刊物(英)外部链接上。

过犹不及

当过量的营养物和矿物质(特别是磷)通过污水、化学制品或肥料等途径流入湖泊中时,就会发生富营养化。虽然营养过多可能听起来不是一个严重的问题,但实际上它却会引发连锁反应,可以破坏湖面以下微妙的生态平衡。

过量的磷会促进藻类生长,当藻类死亡时,它们沉入湖底成为微生物的食物。但是,这些微生物会消耗大量的氧气,当氧气消耗过多时,其他体型更大的生物,比如鱼和鱼卵,就无法得到足够的氧气以维持生存。

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在通常情况下,这会引起多米诺骨牌效应,最后造成严重的后果,这种湖泊栖息地会无法再为其他生物提供生存条件。一旦这些栖息地消失,那些生长在其中的物种也会随之灭绝。

在瑞士,湖泊的富营养化在20世纪50年代至80年代最为严峻。此后出台了各种保护和干预措施, 特别是在污水处理过程中引入了去除磷的步骤以及禁止洗涤剂中添加磷酸盐,这些都有助于大大降低湖泊中的磷含量。但是事过几十年后,生态方面的后果仍然波澜未息。

塞豪森解释道:“如果确保更多营养物质留在了污水处理系统中,那么湖泊的恢复相对来说是比较快的。但是,像白鲑鱼这样的生物的天然多样性却无法迅速恢复。”

鱼嘴大开

为了表明生物多样性减少对瑞士湖泊渔业所带来的影响,塞豪森和他的同事们再次研究了他们于2012年发表的那篇文章中的数据,这次他们将重点放在测量不同白鲑鱼物种的鳃耙(gill raker)的大小和稀疏程度上。

这里是一条石斑鱼的鳃耙。不同种鱼的鳃耙的大小和疏密会有很大的差异。

(Rob and Stephanie Levy/wikimedia commons)

鳃耙是由软骨或骨头组成的细小的突起,这些突起排列成一列一列,从鱼的喉咙中向外伸出。 鳃耙的大小和数量会因该物种首选的食物类型而差异很大:具有稀疏而强壮的鳃耙的白鲑鱼种,倾向于筛取那些栖居在湖底沉积物中的生物;而具有更精细、更密集鳃耙的白鲑鱼种则擅长于直接从水中过滤食物颗粒(浮游生物)。

瑞士水生科技研究所的研究团队采用不同的鳃耙类型作为白鲑鱼多样性的指标,他们将这些数据与瑞士不同湖泊的专业捕鱼量统计数据进行了对比。

他们发现,一些湖泊由于经历过严重的富营养化(如日内瓦湖),如今其中白鲑鱼的鳃耙数据范围较小,与那些昔日富营养化较少因而生物多样性破坏程度也较低的湖泊(如图恩湖)相比,前者每单位鱼食的捕鱼量仅占后者的四分之一到五分之一。

这些数据会带来直观的理解:人们可以想象,如果一个湖泊中有两种不同的白鲑鱼,那么这个湖泊就会比只有一种白鲑鱼的湖泊产出更多的鱼,因为每个物种独特的适应能力使得它们能够利用不同的食物来源,彼此之间没有竞争。

生物多样性的新角度

瑞士水生科技研究所的研究者将这种人类、鱼类以及湖泊之间紧密交织的关系称为“可能存在的共同进化反馈循环”(“possible co-evolutionary feedback loop”)。这种关系迄今尚未得到充分的解释:尽管已经有大量数据将生物多样性与土地生产力联系在一起,但是塞豪森表示,这项研究是在湖泊鱼群中证明这一现象的先驱之一。

人类也是这个反馈循环中的要素之一,那么这些结果对于人类意味着什么呢?

塞豪森说,“要对你的生物多样性非常非常小心,仔细看看你有什么特点,并确保你一直保留这些特点。”

瑞士的渔业

瑞士人正在吃掉更多的鱼:在瑞士,如今人们每人每年会吃掉大约8.8公斤鱼,而1984年则只有6.4公斤。瑞士绝大多数的食用鱼都是进口的,但是在瑞士本地鱼中,白鲑鱼约占专业捕捞量的60%。根据瑞士联邦统计局的数据(多语)外部链接,2014年,白鲑鱼的专业捕捞量已经不足百万公斤。

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物种大爆发

塞豪森及他在瑞士水生科技研究所和伯尔尼大学的同事今年二月还在《自然通讯》(Nature Communication)杂志上发表了一篇论文(多语)外部链接,记录了另外一种与本文密切相关的鱼类生物多样性现象。他们通过解释丽鱼(cichlid)演化为500个鱼种这一前所未有的现象,解答了一个科学谜题。这些鱼体型很小,与鲈鱼相似,在过去的1.5万年来一直生活在东非的维多利亚湖(Lake Victoria)中。他们发现,那里物种杂交频繁,而且有大量机会可以造就独具特点的栖息地,正是这两者的完美结合,使得数量如此巨大的不同物种的演化成为可能。该研究的第一作者是伯尔尼大学的乔安娜·迈埃尔(Joanna Meier),她是这样总结这项研究的:“使用乐高(Lego)玩具中的拖拉机和飞机的配件,经过重组就可以造出各种各样的车辆,(丽鱼的)演化的方式与这非常类似。”

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(翻译:樊桦)

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