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,不少初上高原的游客會因空氣稀薄出現(xiàn)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長江科學院的研究團隊,在人跡罕至的長江源持續(xù)艱辛“尋魚”,逐步揭開當?shù)仃P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(yè)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,在培育池里游動、覓食。這些生活在海拔4800米的長江源關鍵魚種,去年6月份首次實現(xiàn)規(guī)?;斯し敝?,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(fā)育成熟的親魚,通過人工授精獲取受精卵后人工繁殖而來的。
長江被譽為我國淡水漁業(yè)的搖籃、魚類基因的寶庫。業(yè)內人士介紹,長江源頭地處被稱為地球“第三極”的青藏高原腹地,當?shù)赝林~類基本分布在海拔4000米以上地區(qū),且多為我國的特有魚種。
海拔高也意味著魚類生長速度極為緩慢。在長江源,河湖的水溫、水質和平原地區(qū)差異很大。由于高寒缺氧,生物餌料十分貧乏,魚類普遍缺少食物來源,甚至只能通過刮食水藻勉強維持生存。
據(jù)青海省漁業(yè)部門統(tǒng)計,長江流域青海段分布有土著魚類21種?!胺植荚陂L江源頭區(qū)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?!遍L江科學院長江源關鍵魚類棲息地研究創(chuàng)新團隊負責人李偉介紹,2種裂腹魚中的小頭裸裂尻魚前期被認為只是植食性魚類,但研究發(fā)現(xiàn),在越冬期,小頭裸裂尻魚轉化為肉食性,以處于同一個越冬場的高原鰍為食,成為長江源水域的頂級捕食者。這類頂級捕食者往往是關鍵種,通過捕食作用控制其他魚類的數(shù)量,維護著生態(tài)系統(tǒng)的平衡。
另一方面,從地理分布來看,小頭裸裂尻魚分布范圍狹窄,僅分布在海拔4400~5200米的藏北地區(qū),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(qū)分布較廣。因此,嚴格意義上長江源的關鍵魚類指的是裂腹魚中的小頭裸裂尻魚。
2019年,李偉帶領團隊參加長江源科考時,將小頭裸裂尻魚列為長江源魚類研究的代表對象。
觀察裂腹魚標本可以發(fā)現(xiàn),這種魚的腹部后方有兩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。李偉說,裂腹魚并不是某一種魚,而是隨著青藏高原隆起進化演變形成的一類魚的統(tǒng)稱,“在我國,裂腹魚類種數(shù)占世界裂腹魚類種數(shù)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(tài)系統(tǒng)健康與否的指示種,具有極高的科研價值、生態(tài)價值和潛在的經濟價值。
同時,在青藏高原最低氣溫達零下40攝氏度等極端環(huán)境下,長江源魚類表現(xiàn)出較強的適應性,長江源成為我國重要的高原生物多樣性物種資源庫和漁業(yè)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(tài)鏈中的關鍵因子。加上其主要類群分化時間與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。
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(fā)生“連底凍”:從水底到水面全部凍住。這種條件下,小頭裸裂尻魚等魚類怎么存活?這個問題吸引著李偉和他的團隊持續(xù)研究長江源魚類。
通過查閱文獻得知,我國70余種裂腹魚中,目前僅青海湖裸鯉、四川裂腹魚和短須裂腹魚在產卵場等方面有過相對詳盡的研究,裂腹魚類整體研究較少,關于冬季“連底凍”狀態(tài)下,長江源魚類如何越冬的研究處于空白。
由產卵場、索餌場、越冬場和洄游通道組成的“三場一通道”,是魚類生態(tài)學重點研究領域。綜合國內對長江源魚類的研究進展,李偉團隊決定從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。個個一望無際,去哪里尋找魚兒越冬場?
“長江源魚類完全適應了極低溫環(huán)境,具有明顯的地理分布隔離特征,因此不會沿河洄游至下游河段越冬。”李偉說,在實地科考后,他推斷長江源存在一片不會發(fā)生“連底凍”的水域,充當魚類的“避難所”。
經對比人為干擾因素、交通科研條件,李偉決定從位于玉樹州的長江南源當曲開始尋覓魚類越冬場。2019年4月,科考小組五個人,兩臺車,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月,科考車輛行進在大雪覆蓋的高原,道路時隱時現(xiàn),隨時面臨“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面罩,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(tài)和水底環(huán)境,進行采樣,出水后人凍得直哆嗦。數(shù)百公里河道一段段搜尋。
受“放生”習俗和飲食習慣影響,當?shù)夭刈迦罕姾苌俨遏~。一次沿河野外調查過程中,李偉突然聽到警笛聲臨近。原來有附近群眾向警察舉報,認為他們在非法捕魚,“經過解釋才得以繼續(xù)采集樣本”。
冷風呼嘯,腳還被藏在鞋子里的木蜂蜇傷過。長時間身處高寒缺氧的環(huán)境,有時不得不在車里過夜,寂靜的野外和殘酷的自然環(huán)境一度讓隊員們想放棄。
在快熬不住的時候,驚喜出現(xiàn)了。一天下午,在一段沒有封凍的河流,李偉用手一探,發(fā)現(xiàn)河水是溫的。下水發(fā)現(xiàn),有小頭裸裂尻魚等4種長江源魚類在這里過冬。這意味著苦苦尋覓的越冬場終于被發(fā)現(xiàn)。
興奮勁過后,李偉在周邊觀察,很快找到魚兒在此越冬的奧秘:一處溫泉入河,保證這個河段常年不凍。他由此推測,小頭裸裂尻魚等長江源魚類在河流冰封前,從各處支流游到此地過冬,待夏季來臨,再游到不遠處的產卵場繁育。
隨后的研究異常順利。李偉團隊相繼開展了越冬場魚類組成、小頭裸裂尻魚等關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制,找準關鍵魚類離開越冬場的時間并精準定位產卵場。由此,小頭裸裂尻魚的越冬機制、產卵機制、越冬和產卵時間等均被掌握。為獲得研究所用樣本,李偉練得一手撒網(wǎng)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“博士漁夫”。
需要更多研究和保護
調節(jié)梯度水溫、挑選魚卵進入不同水溫的培養(yǎng)系統(tǒng),在位于青海省玉樹藏族自治州雜多縣的長江科學院江源基地里,李偉正在開展魚類胚胎發(fā)育實驗。在接連數(shù)天中,對數(shù)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(fā)育的影響。
“全球平均氣溫上升已是科學界的共識,位于青藏高原的長江源是全球氣候變化的敏感區(qū)?!崩顐フf,掌握小頭裸裂尻魚的越冬、索餌、繁殖機理后,他開始擴大研究范圍,關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(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的影響。
科考發(fā)現(xiàn),江源地區(qū)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(fā)育?在實驗場地,水溫設置在22攝氏度至28攝氏度的4個魚卵培育系統(tǒng),以2攝氏度為溫差并列擺放,一旁的氣泵源源不斷地將氧氣注入水中。
為模擬自然中真實的水溫變化過程,每過12小時,李偉通過換水讓培養(yǎng)系統(tǒng)恢復到初始溫度,同時觀察魚卵的發(fā)育情況。經過數(shù)天的孵化,高溫條件下培育的部分魚卵破膜時發(fā)育異常,畸形率顯著高于對照組。李偉說,如果氣候持續(xù)變暖,將會對魚類生存繁殖造成沖擊,“河流鹽度升高風險不能忽視,需要進一步開展研究?!?/p>
“長江源生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱,物種豐富度較低?!崩顐フf,高原魚類作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,繁殖能力弱,一旦受到破壞,種群數(shù)量短期內難以恢復,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(fā)育成熟親魚,李偉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(xù)三年成功實現(xiàn)小頭裸裂尻魚人工繁殖。去年6月,首次實現(xiàn)規(guī)?;斯し敝?;今年6月,首次將人工孵化繁育的千余尾小頭裸裂尻魚苗在當曲河畔放流?!拔磥硪坏╅L江源關鍵魚類資源受損,就能實施適當?shù)脑鲋撤帕?,修復魚類生態(tài)系統(tǒng)”。
在李偉看來,找到小頭裸裂尻魚的越冬場、實現(xiàn)人工孵化,都還只是開啟長江源魚類棲息地研究和保護的序幕?!霸蕉瑘龅聂~從哪里來,洄游通道如何,各種魚之間的生態(tài)位關系怎樣,這些未解之謎還需要深入觀察?!崩顐フf,從更長遠來看,人工培育并畜養(yǎng)相當數(shù)量的長江源關鍵魚類是開展系列研究的基礎,這需要科研機構做好長遠布局。后續(xù)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極端環(huán)境適應相關的特殊遺傳機制,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(yī)藥產品開發(fā)等領域,“從而實現(xiàn)對長江源魚類更好的研究和保護”。
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