海洋暖化對海洋生物的影響

海洋暖化對海洋生物的影響第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日溫室效應(yīng)與海洋暖化海洋暖化對海洋的影響海洋暖化對海洋生物類群的影響總結(jié)及其研究方向和應(yīng)對措施目錄海洋暖化對海洋生物的影響機制第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日溫室效應(yīng)與海洋暖化溫室效應(yīng)：指大氣中各類溫室氣體吸收地面長波輻射增強大氣逆輻射，從而對地面起到保溫作用的現(xiàn)象→良性自工業(yè)革命以來，人類向大氣中排入的二氧化碳等吸熱性強的溫室氣體逐年增加，大氣的溫室效應(yīng)也隨之增強，從而引起全球氣候變暖等一系列嚴(yán)重問題→惡性海水獨特的物理和化學(xué)特性使得海洋成為全球變化中的一個重要因素，海水的熱容和溶解CO2等溫室氣體的能力、以及海水在液-固-氣三相之間互相轉(zhuǎn)換的重要作用，使得海洋對全球氣候產(chǎn)生重大影響。第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日海洋暖化及其影響溫室效應(yīng)產(chǎn)生的能量大部分被海洋吸收，特別是被淺層海表所吸收。有數(shù)據(jù)顯示自1975年以來，海洋表層(700m以上)蘊含的能量增加了14×1022J，導(dǎo)致海面溫度(SST)的顯著增加。海洋變暖會導(dǎo)致各種十分復(fù)雜的后果，包括海冰融化、海平面上升、海水中溶氧降低和區(qū)域氣候異常的頻率增加等，并隨之帶來對從微生物、藻類到頂級掠食者所有生態(tài)系統(tǒng)組成部分以及整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的各種生物學(xué)影響。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.海洋暖化對海洋的影響海冰融化及海平面上升可溶性CO2和O2的改變12第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.1海冰融化及海平面上升

海水溫度持續(xù)升高最重要的影響之一是導(dǎo)致高緯度地區(qū)海冰融化，而極地地區(qū)對氣候變化的反應(yīng)最為迅速，即便是海洋溫度的微小增加都可能導(dǎo)致大量的海冰融化。冰架底部的加速融化可能導(dǎo)致冰架減少并加速冰川流動。有數(shù)據(jù)顯示，1978年~1996年，北極的海冰覆蓋面積每年以0.3%的速率減少，而海冰流失的速率正在加快。南極洲的海冰覆蓋面積每年的減少與此相似。第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日海平面上升66米后的世界版圖亞洲南美洲歐洲非洲第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日海平面上升66米后的世界版圖北美洲大洋洲南極洲第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.2可溶性CO2和O2的改變

水中溶解氧可溶性CO2海洋通過初級生產(chǎn)、粒子下沉(生物泵)、大洋環(huán)流及混合(溶解度泵)等方法吸收大氣中的CO2海洋表面溫度的升高會影響浮游植物生長以及它們從大氣層中吸收CO2的能力。CO2的溶解度隨溫度的升高而降低，因此海洋暖化會減弱海水對碳的吸收。海洋變暖會導(dǎo)致海水中溶解氧濃度的降低。經(jīng)多個模型預(yù)測，21世紀(jì)海洋中的O2總量將會降低1%~7%。許多甲殼類和魚類都不能在低于大約60mmol/kg的低氧閾值環(huán)境中長時間生存；當(dāng)氧氣濃度大大低于這個閾值，許多大型生物都會喪失他們的棲息地，生物地理化學(xué)循環(huán)也會發(fā)生巨大變化。當(dāng)氧氣濃度低于20mmol/kg時，對大多數(shù)的高等生命來說都是致命的第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.溫度對海洋生物的影響機制4溫度耐受限制和生物地理分布1235新陳代謝反應(yīng)生殖和發(fā)育微生物、病原體與疾病生態(tài)水平效應(yīng)第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日*海洋生物簡介第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日*海洋生物簡介海洋生物是指海洋里的各種生物，包括海洋動物、海洋植物、微生物及病毒等，其中海洋動物包括無脊椎動物和脊椎動物。無脊椎動物包括各種螺類和貝類。有脊椎動物包括各種魚類和大型海洋動物，如紅海星，鯨魚，鯊魚等。一項綜合全球海域數(shù)據(jù)的調(diào)查報告指出，已經(jīng)登錄的海洋魚類有15304種，最終預(yù)計海洋魚類大約有2萬種。而已知的海洋生物有21萬種，預(yù)計實際的數(shù)量則在這個數(shù)字的10倍以上，即210萬種。海洋生態(tài)系統(tǒng)是世界上最大的生態(tài)系統(tǒng)，占整個地球生物圈95%以上的體積，包括深海區(qū)、中間層、海表層、潮間帶、河口、珊瑚礁、紅樹林群落、環(huán)礁湖和海底生態(tài)系統(tǒng)等多種生境。因此，海洋生態(tài)系統(tǒng)在維持海洋和生物圈的健康過程中扮演重要角色。據(jù)估計，海洋生態(tài)系統(tǒng)每年能提供價值22.1萬億美元(占總價值的65%)的各種物質(zhì)和服務(wù)，例如食物、原材料、擾動調(diào)控和廢物吸收及養(yǎng)分循環(huán)等。第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.1溫度耐受限制和生物地理分布溫度對生物的各種生理過程以及細胞中生物大分子結(jié)構(gòu)的完整性方面具有重要影響，因此溫度在物種的分布中具有關(guān)鍵的限制作用。生物地理分布的變化代表了物種熱耐受范圍的變化。溫度的持續(xù)上升有利于熱適應(yīng)能力較強物種的生物入侵。同種的不同個體也可能由于遺傳的適應(yīng)或者環(huán)境引起的馴化而具有不同的溫度脅迫耐受能力。例：與暖水性的地中海紫貽貝M.galloprovincialis相比，高溫脅迫導(dǎo)致了北太平洋紫貽貝的本地種M.trossulus更多細胞損傷，且其細胞修復(fù)能力更低。因此，地中海貽貝已逐漸取代北美的本地同類，并逐漸成為某一地域地優(yōu)勢種，其分布范圍已由以前的北美海岸南部擴張了很多。第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.1溫度耐受限制和生物地理分布例：與入侵種暖水性的地中海紫貽貝M.galloprovincialis相比，高溫脅迫導(dǎo)致了北太平洋紫貽貝的本地種M.trossulus更多細胞損傷，且其細胞修復(fù)能力更低。因此，地中海貽貝已逐漸取代北美的本地同類，并逐漸成為該地域的優(yōu)勢種，其分布范圍已由以前的北美海岸南部擴張了很多地中海紫貽貝北太平洋紫貽貝第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.2新陳代謝反應(yīng)

當(dāng)溫度上升時，新陳代謝速率通常會加快；但是也有一些物種的新陳代謝速率會減慢。例：高溫脅迫導(dǎo)致玉黍螺(Littorinalittorea)

呼吸速率降低，可能是高溫導(dǎo)致了細胞內(nèi)代謝元件損傷。海水溫度升高往往伴隨著溶解氧濃度的下降，因此溫度對許多物種的有氧代謝具有重要影響。例：溫度升高6℃，海參(Apostichopusjaponicus)的耗氧率顯著降低。第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.2新陳代謝反應(yīng)

高溫脅迫后，常會檢測到機體Hsp70和Hsp90等分子伴侶表達上調(diào)；脅迫活化的蛋白激酶、p38促分裂原活化的蛋白激酶(p38MAPK)以及cJun-N-terminal激酶(JNKs)等脅迫反應(yīng)相關(guān)蛋白，也常上調(diào)表達或發(fā)生翻譯后修飾。盡管目前還無法對細胞在應(yīng)對高溫脅迫過程中消耗的能量進行定量，但細胞修復(fù)高溫導(dǎo)致的損傷可能需要消耗大量的ATP，細胞的熱應(yīng)激反應(yīng)也可能涉及代謝重組。分子伴侶：細胞核內(nèi)能與組蛋白結(jié)合并能介導(dǎo)核小體有序組裝的核質(zhì)素。第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.2新陳代謝反應(yīng)例：南極鱈(Pachycarabrachycephalum)在5℃馴養(yǎng)6周后，細胞色素c氧化酶活力增加90%，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活力提高40%，而檸檬酸合酶(CS)的活力則降低了20%，這些酶活力變化表明這類極地魚類受到高溫脅迫后，其代謝從儲存脂肪轉(zhuǎn)化為生成碳水化合物，儲備生成ATP的底物，表明當(dāng)海洋變暖，魚類可能朝著更多依賴碳水化合物的代謝來應(yīng)對低血氧的方向進化。第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.3生殖和發(fā)育

溫度上升可能通過促使胚胎過早孵化、抑制其代謝活動、導(dǎo)致胚胎的氧化脅迫反應(yīng)從而對胚胎的存活和發(fā)育造成不良影響。例：槍烏賊人工孵化苗的熱耐受極限溫度較低，可能與它在浮游生活階段維持代謝所需的能量較多有關(guān)；在橈足類的整個生活史中，其發(fā)育階段比隨后的生長階段對溫度的依賴性更強。第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.4微生物、病原體與疾病海洋暖化對海洋生態(tài)系統(tǒng)中的病原微生物和疾病的傳播具有嚴(yán)重影響。隨著溫度升高，病原繁殖與生存率升高，疾病傳播速度加快，宿主對病原的敏感性增強，包括細菌、真菌和病毒等多種病原微生物的增殖都與溫度正相關(guān)。例：弧菌屬的多個種都對海洋生物具有致病力，其中45%的變異都是海表溫度升高而導(dǎo)致的，提示弧菌的傳播在海水溫度升高時將會加快，并導(dǎo)致全球性的弧菌類疾病的增加。第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.4微生物、病原體與疾病海洋溫度升高對海洋病毒的影響也十分重要，海洋中病毒的變異隨著海洋變暖而增加，病毒活動對生物地球化學(xué)循環(huán)、食物網(wǎng)及海洋代謝平衡的影響將會改變。寄生蟲的豐度也與氣候變化密切相關(guān)，海洋溫度上升可能更有利于病原微生物的增殖和生長，從而加速疾病傳播，引起海洋生物發(fā)生嚴(yán)重疾病。宿主免疫力的下降也與溫度升高有關(guān)。有研究表明，氣候變化對病原微生物的數(shù)量及致病力都有廣泛的影響，這與水產(chǎn)養(yǎng)殖，以及包括霍亂、東非大裂谷流行熱等在內(nèi)的人類疾病的發(fā)生都有密切關(guān)系?；魜y弧菌第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.5生態(tài)水平效應(yīng)

自1999年以來的近幾年，衛(wèi)星探測發(fā)現(xiàn)，海洋生產(chǎn)力以每年平均190t的速度持續(xù)降低。海洋溫度上升也導(dǎo)致深海生態(tài)系統(tǒng)對有機碳的呼吸消費總量增加。溫度每升高2~6℃，表層無機碳含量下降高達31%；溫度升高也使得一些溶解性化合物積聚增加，可能導(dǎo)致海洋初級生產(chǎn)力向更高營養(yǎng)級的傳遞減少。隨著溫度的上升，海洋魚類和無脊椎動物可能遷移到更高緯度地區(qū)及更深水域。圖為魚類向更高緯度海域遷移第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.海洋暖化對海洋生物類群的影響

藻類及藍藻珊瑚無脊椎動物魚類海洋哺乳動物第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.1藻類及藍藻真核藻類和藍藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級生產(chǎn)者。澳大利亞收集的20000份大型藻類植物標(biāo)本記錄中顯示，在過去的50年中，大型藻類種群和生物地理分布在印度洋和大西洋都發(fā)生了巨大變化。隨著溫度的升高，大多數(shù)藻類的細胞平均大小都變小。溫度對不同藻類的影響具有種屬特異性。例：一項關(guān)于大型藻類的研究證實一種生活在坎塔布連海域(CantabrianSea)潮間帶的低溫類型的大型藻類墨角藻(Fucusserratus)正在減少，與伊比利亞半島(IberianPeninsula)接壤的水域海洋溫度變化密切相關(guān)。推測溫度可能已經(jīng)上升達到了某個閾值，導(dǎo)致墨角藻的某些重要代謝活動被抑制。下圖即為墨角藻。第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.2珊瑚珊瑚白化是指珊瑚動物宿主和它們的腰鞭毛蟲藻類為應(yīng)對環(huán)境脅迫，其共生體失去共生關(guān)系。有研究表明高溫可能是導(dǎo)致眾多珊瑚白化事件的一個主要原因。另外，海表溫度上升也引起珊瑚共生體中藻類(蟲黃藻)的驅(qū)離，從而對全球熱帶珊瑚礁產(chǎn)生重要影響。溫度脅迫再加上對那些可清除珊瑚礁藻蓋的草食性魚類的過度捕撈，將導(dǎo)致水質(zhì)下降。海水溫度升高導(dǎo)致萼形珊瑚II型光合系統(tǒng)的光合效率下降，并最終造成高溫下整個光合效率顯著下降；

溫度升高也能誘導(dǎo)萼形珊瑚對磷酸鹽吸收增加，吸收硝酸鹽和銨鹽顯著降低，說明海洋變暖對無機氮和磷代謝均有影響，但是對不同元素的影響不同。第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.3無脊椎類

海洋無脊椎動物種類繁多、多樣性高、生態(tài)作用重要，在海洋中間營養(yǎng)級上起著舉足輕重的作用。海表溫度升高導(dǎo)致浮游植物豐富度減少，隨后引起以藻類為食的橈足類和更高營養(yǎng)級浮游動物減少，因此，海洋橈足類生物的多樣性以及生物地理學(xué)分布在氣候變化的影響下也會發(fā)生變化。例：有研究表明南極磷蝦(EuphausiasuperbaDana)的聚集和分散可能也會受到海洋表面溫度和冰川范圍的影響。相關(guān)預(yù)測結(jié)果提示，未來100年里，南大洋局部升溫1℃將導(dǎo)致整個斯科舍海域(ScotiaSea)磷蝦的生物量和豐度減少95%以上；磷蝦種群的變化進而又會影響到那些以磷蝦為食的海鳥和海洋哺乳動物的繁衍。第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.4魚類在所有海洋生態(tài)系統(tǒng)中，魚類都是重要組成部分，與其他脊椎動物相比，魚類的物種多樣性更為豐富。海表溫度的升高會對魚類產(chǎn)生各種重要影響，運用Baysianmeta分析結(jié)果顯示，海表溫度上升導(dǎo)致珊瑚減少，珊瑚礁魚類種群的大小、結(jié)構(gòu)、密度和營養(yǎng)成分會隨之發(fā)生改變。對一些魚類而言，溫度升高2~4℃可能會導(dǎo)致有氧活動范圍的縮小，能夠用于攝取食物和繁殖后代的能量減少，種群的可延續(xù)性就會因此減弱。極地地區(qū)，尤其是南大洋一帶，魚類的適宜生活溫度范圍較窄，這使得它們在面臨溫度變化的時候，熱耐受能力的改變更為有限。第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.4魚類南極魚亞科(Notothenioidei)的成員——南極冰魚，也是南大洋中數(shù)目最多的魚類，已經(jīng)在一個極窄的低溫范圍內(nèi)生活了1500萬年以上，因而在遺傳水平上，它們能夠適應(yīng)全球變暖環(huán)境的可能性很?。划?dāng)海洋溫度上升到機體的生理忍受極限時，它們將無處生存。當(dāng)溫度升高，“逃逸”行為對海洋中某些區(qū)域魚類的生存來