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企鹅被认定为最佳“生物档案馆?#20445;?#31185;学家欲以此追踪南极环境变化

时间:2019-02-17 02:39

据说,企鹅是南极的情报员,在其身上可以找到南极环境变化的记录。2018年2月12日,研究人员在美国地球物理学联合会的海洋科学会议上报道,企鹅的羽毛和蛋壳含有饮?#22330;?#39135;物网络结构甚至气候的变化的化学指纹。

近几十年来,南极环境发生了巨大变化。过度捕捞导致了磷虾、小型游动甲壳类动物的减少,这些甲壳动物是南大洋鸟类、鲸鱼、鱼类和企鹅的主要食物来源。同时,气候的变化正在改变风的方向,导致在海冰中形成开阔的富有生命力的水域。这些变化对食物网和营养物质的循环具有级联效应。“企鹅是这种变化的极好的生物档案馆?#20445;?#37329;斯敦罗德岛大学的海洋生态化学家Kelton McMahon说。

企鹅是南极食物网的核心,研究发现从它们的组织分解中可以捕捉到它们曾经吃过的食物。不同的食物来源含有不同比例的碳和氮同位素,同位素是不同中子数量的元素形式。例如,磷虾和鱼类等食物来源的氮含量不同---例如氮14与氮15。从企鹅的组织中发现,企鹅的羽毛和蛋壳完好地保存着这些元素的比例。

之前的研究已经注意到,在过去的80年里,企鹅组织中的同位素值发生了很大的变化,但这些研究无法区分企鹅饮食的变化和食物链最底层微生物的同位素值与气候有关的变化。因此,McMahon和他的同事创造了一种工具来区分这两者之间的关系,并跟踪南极环境随时间的变化。

研究小组重点研究了蛋白质的组成部分--单个?#34987;?#37240;的同位素值。McMahon说,这些数据揭示了“机体内发生的大量生物化学变化”。当食物被消化并吸收入动物体内时,这些元素值中的一些会被显著改变,其他的则几乎没有变化。

为了了解这些野生企鹅在过去的日子里吃了些什么,研究小组首先开发了一套“化学指纹”来研究12种不同?#34987;?#37240;的同位素值。通过与内布拉斯加州的奥马哈·亨利·多尔多动物园和水族馆合作,研究人员采用对企鹅进行控制喂养的方法,精确地对巴?#20339;?#20225;鹅吃什么,什么时候进食和进食量多少进行监测。将化学指纹与野生企鹅组织进行比较,揭示了野生企鹅在过去吃过的东西。

研究小组称,在过去的80年里,企鹅已经从以鱼为主转向以磷虾为主,然后又回归到鱼类。McMahon推测说,历史可以给出一个直截?#35828;?#30340;解释:在19世纪末到20世纪中期,捕鲸者广泛地猎杀海洋哺乳动物,这些哺乳动物往往以磷虾为?#22330;?#20225;鹅很可能是因为“捡漏”。但是从上世纪70年代到90年代,磷虾的捕捞量增加了,企鹅们又转向了以鱼类为主的饮食方式。

企鹅食物中的某些?#34987;?#37240;在机体内吸收后其其同位素值基本不变。事实上,这些?#34987;?#37240;中的同位素被认为?#20174;?#20102;南极生物中食物网的原始同位素值:漂浮在南大洋的浮游植物。因为气候决定了这些浮游植物的同位素值,所以这些?#34987;?#37240;中的同位素是气候变化的记录。

McMahon说,就氮而言,浮游植物中氮15比氮14高,可能与冰内有更开阔的水域空间有关。最近几十年,由于气候变化引起的风向改变,南极周围出现了这样的空地,被称为“冰间湖”。所以,企鹅被称为南极环境的情报员一点也不做作。





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