缺氧可能使海洋无脊椎动物暂时失明

加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家发现，海水中的低氧水平可能会使一些海洋无脊椎动物失明。

最近发表在《实验生物学杂志》上的这些结果首次证明，海洋无脊椎动物的视觉对水中的有效氧含量高度敏感。

从自然和人为过程来看，海洋中的氧气水平正在全球范围内发生变化。许多海洋无脊椎动物依靠视觉来寻找食物、庇护所和躲避捕食者，尤其是在许多浮游生物的早期阶段。甲壳类和头足类动物尤其如此，它们是其他动物的常见猎物，其幼虫在水中高度洄游。

对陆生动物的研究表明，低氧水平会影响视力。事实上，人类在缺氧的情况下会失去视觉功能。例如，如果飞机不能给驾驶舱补充额外的氧气，高空飞行的飞行员就会视力受损。此外，与缺氧有关的健康问题，如高血压和中风，可能会损害视力。

“有了所有关于氧气影响陆地动物视力的知识，我想知道海洋动物是否会以类似的方式做出反应，”莉莲麦考密克说，她是这项由国家科学基金会资助的研究的主要作者，也是斯克里普斯海洋学的博士生。

她的结果令她震惊。她研究了四种原产于加州的海洋无脊椎动物——市场鱿鱼、章鱼、金枪鱼蟹和一种咀嚼蟹——发现在缺氧的情况下，她的视力下降了60-100%。

利用在斯克里普斯海域采集的幼虫，麦考密克测试了幼虫在视野中的急性反应——暴露于低氧环境下的短期反应。她与加州大学圣地亚哥分校心理学系的研究员尼古拉斯奥斯奇合作，开发了这个小样本设置。

“实验室的大部分工作是解决哺乳动物视觉中的生物医学问题，”Oesch说。“因此，走出不太传统的模型系统，将我们的技术应用到一个完全不同的领域，这很有趣。”

当放在显微镜台上时，氧气水平逐渐降低的海水流动，幼虫暴露在麦考密克用来触发视觉反应的光照条件下。她用连接到幼虫视网膜上的电极来测量这些反应。这项技术被称为视网膜电图。

麦考密克说：“想象这个设备是EKG的眼科机器。“我们不是测量心脏的电活动，而是观察眼睛的一部分，即视网膜。”

一旦氧气供应从完全氧化的水平开始下降，例如，当它在海洋表面被发现时，麦考密克看到了幼虫的立即反应。短尾蟹和鱿鱼尤其如此，它们在测试的最低氧气条件下几乎失去了所有视力，表面氧气水平约为20%。章鱼持续时间长，视网膜反应只有在氧气降到一定水平后才会下降，而金枪鱼蟹则相当有弹性。已知成年金枪鱼蟹能耐受低氧水。

麦考密克说：“我很惊讶地看到，即使在接触低氧的几分钟内，其中一些物种实际上已经失明了。

幸运的是，当氧气水平恢复后，大部分样本恢复了一些视觉功能，表明短期缺氧时损伤可能不是永久性的。

麦考密克感兴趣的是这种视力下降将如何影响动物的行为，尤其是那些经历过最严重视力丧失的动物。这些动物依赖光的暗示。未能发现这些线索可能会影响它们的生存。一个例子是移民。这些物种的幼虫垂直迁移，白天下沉到更深的深度，晚上上升到地表，利用光照强度的变化作为迁移线索。

此外，幼虫依靠视觉来寻找猎物和躲避捕食者。鱿鱼幼虫捕食快速移动的猎物，就像桡足类一样，它们的视力非常重要。当暴露在低氧环境中时，鱿鱼幼虫视网膜的反应速度减慢，这表明这种视觉损伤可能会抑制幼虫检测桡足类和摄食的能力。失去对光线强度变化的反应能力(如捕食者的阴影)或视觉上看到猎物可能会降低这些高度可见的幼虫的存活率。圣地亚哥市场的鱿鱼可能特别容易受到伤害，因为它们在容易缺氧的区域产卵，比如拉霍亚附近峡谷附近的海底。

在海洋环境中，氧水平随着日、季和年际时间尺度而变化。氧气随深度波动很大。然而，由于受人类影响的气候变化甚至污染，这些条件正在发生变化。大气变暖还会改变海洋的温度，从而减少含氧地表水与深层水的混合。此外，近岸环境越来越多地在一个称为富营养化的过程中失去氧气，在这个过程中，水中过量的营养物质将为浮游生物提供燃料，然后消耗溶解在水中的可用氧气。这可能会导致鱼类和其他海洋动物的死亡。富营养化通常是海岸污染的结果，如农业径流或污水。

这些结果是基于急性反应，麦考密克很好奇长期暴露在缺氧环境下会对这些野生动物产生怎样的影响。她未来的工作将测试不同氧气条件下的视觉行为，并将生理和行为研究的结果与海洋中的氧气和光照条件进行比较。

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