3.3.对H2S暴露耐受性的个体发育变化


我们确定了在每个温度条件下，不同发育阶段暴露于H2S和低氧24小时后的平均存活率（图6和7）。在相似的H2S浓度范围内，随着幼虫的发育，平均存活率呈上升趋势（图6）。特别是在人工饲养的菲律宾蛤仔中，从壳顶幼虫阶段到完长幼虫阶段，在所有温度条件下平均存活率都有显著提高（图6）。

图6. 人工受精获得的菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）幼体在三种温度处理下，进行24小时暴露实验后，H₂S浓度与平均存活率关系的个体发育变化。

从完长幼虫到营浮游生活后的稚贝阶段（0.7毫米壳长），平均存活率的变化因水温而异。在20°C下，完长幼虫和附着后稚贝之间的平均存活率没有明显差异：存活率相对较高（97.1%-100%）（图6a）。然而，在24°C下，在H2S浓度范围10-30 mg/L内，平均存活率从完长幼虫的73.9%-75.6%提高到附着后稚贝的100%（图6b）。在28°C下，平均存活率随着H2S浓度的增加呈下降趋势，并且在相似的H2S浓度范围内，完长幼虫和附着后稚贝之间的存活率没有明显差异（图6c）。


当对所有发育阶段在24°C下进行暴露实验时，人工孵化稚贝的平均存活率在相似的H2S浓度范围内随着体型增大呈下降趋势；平均存活率从100%（21.0 mg/L H2S,0.7毫米壳长）下降到70%（16.2 mg/L,2.5毫米壳长），然后进一步下降到46.7%（21.2 mg/L,5.3毫米壳长）（图6b）。


在24°C下暴露于H2S加低氧24小时后，从六条潮滩捕获的野生稚贝也观察到类似的存活率下降趋势；在此温度下，在H2S浓度范围13.5-14.9 mg/L内，平均存活率从6.9毫米壳长时的53.3%显著下降到11.9毫米壳长时的10%（图7b）。在28°C下，存活率在较低的H2S浓度范围内就出现下降：暴露于低氧加H2S 24小时后，在3.3-3.5 mg/L的H2S浓度下，存活率从6.9毫米壳长时的93.3%下降到11.9毫米壳长时的20%（图7c）。

图7. 日本三河湾六条潮滩野生菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）幼体进行24小时暴露实验后，H₂S浓度与平均存活率关系的个体发育变化。

4.讨论


4.1.对低氧和H2S暴露耐受性的个体发育变化


本研究揭示了菲律宾蛤仔早期生活阶段对低氧和H2S暴露耐受性的个体发育变化。在24°C下，暴露于H2S（范围0.2-42.6 mg/L）24小时后的平均存活率随着浮游幼虫的生长呈上升趋势，并且在开始底栖生活后的小规格稚贝（平均壳长0.7毫米）中没有出现死亡。菲律宾蛤仔在附着前后对低氧和H2S暴露的耐受性增强，可能反映了其对在不利条件下沉降到底部的适应。在其他双壳类物种中也报道了随着幼虫发育进展，对环境胁迫因子的耐受性增加。例如，菲律宾蛤仔壳顶幼虫在25°C下暴露于低氧水（DO,0.51 mg/L）72小时后存活率降至0%，而完长幼虫即使在更长时间暴露于低氧水（DO,0.32 mg/L；暴露120小时；存活率13.3%）后也未完全死亡。此外，刚附着后的稚贝（0.38毫米壳长）在暴露于低氧水（DO,0.36 mg/L）120小时后存活率仍相对较高（85.7%）。我们当前的研究表明，菲律宾蛤仔在幼虫后期和附着后的稚贝阶段，对低氧和H2S联合暴露的耐受性增强。这些结果意味着，在底层水体经常出现低氧和H2S的富营养化沿海区域（例如，东京湾；以及三河湾），菲律宾蛤仔幼虫和稚贝在附着过程中的存活机会增加了。


然而，在稚贝阶段，与幼虫阶段相反，随着稚贝的生长，对H2S的耐受性减弱，这可能是由于在H2S暴露的缺氧条件下，能量获取、储存和消耗的代谢平衡发生了变化。食物消耗是能量输入的主要来源。然而，菲律宾蛤仔在遇到低氧水时会关闭贝壳，并停止滤食和呼吸，以抵御恶劣条件。thereby,they switch the energetic pathway from aerobic metabolism to anaerobic metabolism using the energy reserves(such as glycogen)stored in their bodies.双壳类物种中，较大个体通常比较小个体拥有相对于体型更大的能量储备。维持生命所需的能量也随着生长而增加，正如多种双壳类物种中所报道的。例如，冰岛扇贝（Chlamys islandica）的耗氧率随其体重呈异速增长（体重0.1、1和6克时，耗氧率分别为0.5、1.0和2.2 mL），这意味着其代谢需求随体型增大而增加。因此，如果由于低氧和H2S暴露等环境胁迫因素的影响，在饥饿条件下，较大规格的菲律宾蛤仔稚贝的能量消耗率增加，导致能量储备耗尽，那么这些较大个体可能会发生更高的死亡率。然而，据我们所知，目前尚无关于菲律宾蛤仔早期生活阶段与体型相关的能量平衡的信息；这个问题需要在未来进行研究，以阐明低氧和H2S暴露期间较大规格稚贝死亡率增加的原因。


此外，蛤仔因暴露于低氧和H2S而导致死亡的生理过程仍不清楚。如果蛤仔在遇到富含硫化物的低氧水上升流之前没有储存足够的能量，它们可能会饿死。或者，蛤仔在暴露于低氧和H2S期间可能无法持续关闭贝壳，从而导致直接暴露于含有致死水平H2S的周围低氧水中。这些假说应在未来研究中加以验证，以理解环境低氧和H2S暴露导致的死亡机制。


4.2.水温对低氧和H2S暴露耐受性的影响


在相似的H2S浓度范围内，我们观察到菲律宾蛤仔幼虫和稚贝在较高水温下的存活率较低。令人惊讶的是，在20°C左右，尽管暴露于低氧加高浓度H2S（27-29 mg/L）24小时，完长幼虫以及小规格稚贝（0.7毫米壳长）的存活率仍保持在至少90%，这表明附着前后的幼虫和稚贝在约20°C时对H2S暴露具有很高的耐受性。然而，当水温升至28°C时，暴露于低氧加相似H2S浓度范围（27-29 mg/L）24小时后的存活率大幅下降至40%（完长幼虫）和16.7%（小规格稚贝，0.7毫米壳长）（见图3）。一般来说，环境水温的升高会增强双壳类物种的代谢活动，导致能量消耗增加。例如，牡蛎（Crassostrea virginica）的心率随着环境温度的升高而增加：平均心率从水温12-15°C时的约10次/分钟，增加到16-19°C时的40次/分钟，再到28-31°C时的110次/分钟。贻贝（Mytilus edulis）在20°C和25°C时的耗氧率分别是在5°C时观察到的近两倍和三倍。因此，在较高温度下能量消耗的增加可能会加速体内储存能量的耗尽，从而降低菲律宾蛤仔幼虫和稚贝的存活率，如第4.1小节所述。


4.3.长时间和间歇性暴露于低氧和H2S的影响


暴露于低氧和H2S的持续时间也影响了菲律宾蛤仔稚贝的死亡率。在24°C水温下，小规格稚贝（0.7毫米壳长）暴露于低氧加3-21 mg/L H2S 24小时未观察到死亡（见图3），而当它们暴露于相似H2S浓度范围的低氧加H2S 48小时后，小规格稚贝（0.8毫米壳长）的存活率出现实质性下降（3 mg/L时存活率47%，13或25 mg/L时为0%；见图5）。同样，来自野生种群的稚贝（11.3-11.9毫米壳长）暴露于低氧加3.5 mg/L H2S 24小时后的存活率从80%下降到暴露于4.2 mg/L 48小时后的47%。这些结果表明，长时间暴露于低氧和H2S会降低菲律宾蛤仔稚贝的存活率，可能是由于暴露期间在饥饿条件下储存的能量储备耗尽所致，如第4.1小节所述。


相比之下，菲律宾蛤仔稚贝（0.9毫米壳长）在24°C下暴露于低氧加2.5 mg/L H2S的存活率从不间断48小时暴露的47%（图5a）提高到间歇性48小时暴露（首次暴露于H2S 24小时，随后24小时再氧化[不投喂的休息期]，然后第二次暴露于H2S 24小时）的73%（图5c）。这一结果表明，当通过暂时再氧化停止暴露时，菲律宾蛤仔稚贝对低氧和H2S暴露的耐受性可以在一定程度上恢复，尽管在休息期间未对稚贝进行投喂。


成功承受重复的低氧和H2S暴露可能取决于三个因素：（1）再氧化期间产生的ATP量；（2）作为ATP合成来源的能量储备（例如糖原）的个体差异；（3）先前暴露于低氧和H2S对生理功能（例如摄食和呼吸）造成的损害程度。