来自南乔治亚岛（南大洋）的Antimora rostrata和Macrourus holotrachys的汞浓度、栖息地及其营养级位置

《Marine Pollution Bulletin》：Mercury concentrations, habitat and trophic position of Antimora rostrata and Macrourus holotrachys from South Georgia (Southern Ocean)

　　蓝头平鲉和大眼 grenadier 的汞生物积累受生态因素影响，肌肉汞浓度最高且呈现物种特异性差异，脑组织汞浓度显著高于预期，提示神经毒性风险。

　　汞是一种对神经系统具有毒性的元素，其在海洋生态系统中的存在可能对海洋生物造成危害。汞可以通过大气和海洋环流进入南极洲，但目前关于南极洲深海鱼类中汞含量的数据仍然有限且不足。本研究旨在评估两种深海鱼类——蓝鳍马面鱼（*Antimora rostrata*）和大眼深海鳕（*Macrourus holotrachys*）在南乔治亚地区的汞生物累积情况，并探讨生物和生态因素对其汞浓度的影响。具体来说，我们希望实现以下目标：1）分析这两种鱼类的栖息环境和营养级位置；2）理解汞在不同组织（肌肉、大脑、肝脏和鳃）中的浓度变化；3）评估长度、重量等生物特征以及营养级（δ1?N）和栖息环境（δ13C）等生态特征对汞浓度的影响。研究结果显示，肌肉组织在两种鱼类中汞浓度最高，而*Antimora rostrata*的肝脏和*Macrourus holotrachys*的鳃则汞浓度最低。总体来看，*Antimora rostrata*的汞浓度（51.0 ± 9.0）低于*Macrourus holotrachys*（62.0 ± 11.0）。对于*Antimora rostrata*，没有发现汞浓度与长度、重量或营养级之间存在显著相关性。相比之下，*Macrourus holotrachys*在所有组织中汞浓度与栖息环境存在正相关，而在长度和重量方面，这种正相关在大多数组织中表现出来，唯独在大脑中未发现显著关系。

蓝鳍马面鱼是一种生活在开放水域的捕食者，而大眼深海鳕则主要在海底附近觅食，这表明它们的摄食策略和栖息环境对汞生物累积产生了显著影响，并揭示了汞在不同组织中的意外分布模式，尤其是在大脑中，大眼深海鳕表现出其中一高浓度的汞含量。研究还发现，汞在不同组织中的分布可能与它们的生理代谢有关，某些组织可能更倾向于储存或排除汞。此外，这些鱼类的栖息环境和营养级位置可能影响其对汞的暴露路径，以及其在海洋食物网中的生物累积模式。

在南极洲生态系统中，南乔治亚地区被认为是最具生产力的区域之一，因为其冷水和丰富的营养成分支持了大型浮游动物的生长，并为顶级捕食者提供了栖息环境，如海豹和海鸟。此外，南乔治亚地区也是南极磷虾和深海鱼捕捞的重要区域，特别是南极磷虾和巴塔哥尼亚犬牙鱼的捕捞活动。蓝鳍马面鱼和大眼深海鳕是南极洲深海常见的鱼类，常被作为副渔获物捕捞，它们在许多顶级捕食者的食物链中占据重要位置，如巴塔哥尼亚犬牙鱼、海豹和信天翁。尽管它们在某些方面相似，但这两类鱼类具有显著不同的生物和生态特征：蓝鳍马面鱼是一种广泛分布的鱼类，可在所有海洋中发现，从浅水到深水；而大眼深海鳕的分布则受到限制，主要出现在南乔治亚地区及周边海域，其数量随向南移动而减少，并且它们更倾向于在近海底区域活动。

根据FishBase的数据，蓝鳍马面鱼在食物链中处于中等营养级（δ1?N: 3.6 ± 0.47），主要以中层和底栖无脊椎动物为食，如甲壳类和头足类动物，尽管小型鱼类也是其食物的一部分。相比之下，大眼深海鳕在食物链中的位置略高（δ1?N: 3.7 ± 0.64），这与其底栖的摄食习惯相关，并且主要以底栖无脊椎动物和小型底栖鱼类为食。尽管关于大眼深海鳕在南极洲生态系统的生态信息有限，但其在食物链中的重要性仍然值得关注，因为它不仅是顶级捕食者的食物来源，也是深海鱼捕捞中的重要副渔获物。

尽管这两种鱼类在南极洲生态中具有重要意义，并可能成为汞向顶级捕食者传递的途径，但目前仅有一项研究报告了蓝鳍马面鱼在南极洲的汞浓度，而关于大眼深海鳕的汞浓度研究尚属空白。蓝鳍马面鱼肌肉中汞浓度在罗斯海大陆坡平均为0.19 μg g?1 dw，范围从0.04到0.68 μg g?1 dw。此外，这项研究发现汞浓度随着鱼体长度的增加而增加，并且受地理位置的影响，生活在更南方的鱼体汞浓度较低。尽管如此，关于蓝鳍马面鱼汞浓度如何受其生物和生态特征影响的问题仍然存在重大缺口，特别是在其他南极地区（除了罗斯海）以及不同组织中的分布情况。碳稳定同位素（δ13C）有助于识别摄食环境和初级生产力来源，区分沿海与近海环境或浮游生物与底栖生物的摄食模式。同时，稳定氮同位素分析（δ1?N）可以提供对食物链中污染物生物富集模式的深入了解，通过确定物种的营养级位置。

在这一背景下，本研究旨在研究蓝鳍马面鱼和大眼深海鳕在南乔治亚地区的栖息环境、营养级位置和汞浓度。具体来说，我们希望通过以下方式深入研究：i）调查这两种鱼类的摄食环境和营养生态；ii）检查它们在不同组织（肌肉、大脑、肝脏和鳃）中的汞积累情况；iii）研究哪些生物（如长度和重量）和生态（如栖息环境和营养级）因素影响它们的汞生物积累。为了评估这些生态因素对汞浓度的影响，我们对肌肉组织进行了稳定同位素分析，以确定栖息环境和营养生态。

本研究收集了23条蓝鳍马面鱼和22条大眼深海鳕样本，样本采集于2020年6月在南乔治亚地区进行的巴塔哥尼亚犬牙鱼长线捕捞季节。需要指出的是，样本并非随机收集，而是为了建立一个长度梯度，以确保在分析中涵盖不同个体的代表样本。记录了每条鱼的全长（±1 cm）、标准长度（SL）（±1 cm）、重量（±0.05 kg）、性别和成熟阶段（根据Kock和Kellermann，1991年的标准）。随后，采集了肌肉、大脑、肝脏和鳃组织样本，并将其保存在单独的塑料袋中，冷冻在-30°C。在实验室中，这些样本被在-50°C下冷冻干燥72小时，并使用不锈钢剪刀切成小块。

稳定同位素分析（δ13C和δ1?N）在肌肉组织上进行，以便与先前研究进行比较。此外，肌肉组织可以提供鱼体饮食的稳定和代表性同位素信号，因为其代谢率相对较低，能够反映更长时间的饮食情况，而代谢活跃的组织如肝脏则具有不同的信号。在分析之前，肌肉样本在玻璃管中被称重（22至28 mg），并使用三次环己烷冲洗以去除脂肪（根据Chouvelon等，2011年的方法）。简而言之，玻璃管在约1000 rpm下与4 ml环己烷一起摇动10分钟，然后在4500 rpm下离心5分钟。去除脂肪后，所有样本在45°C下干燥过夜。去除脂肪的原因是脂肪的存在会影响δ13C值，而不同物种具有不同的脂肪含量。因此，去除脂肪可以使得不同个体和物种之间的比较更加公平。干燥后，将0.2至0.4 mg的肌肉样本放入锡胶囊中，并使用Mettler Toledo微量天平称重。碳和氮稳定同位素值使用连续流动同位素比质谱仪（CF-IRMS）与元素分析仪（Thermo Scientific EA Flash?）进行测量。同位素数据使用以下公式计算：δ13C或δ1?N（‰）= (R样品/R标准 - 1) × 1000，其中R代表13C/12C或1?N/1?N。同位素结果以delta表示（δ in per mil，‰）相对于维也纳 PeeDee Belemnite 和大气氮（N?）进行表示。质量控制使用两个认证参考材料：USGS-61（咖啡因）和USGS-63（咖啡因）。分析精度为δ13C < 0.04 ‰，δ1?N < 0.06 ‰。

汞分析在所有组织（肌肉、大脑、肝脏和鳃）中进行。总汞浓度（以下简称Hg）通过原子吸收光谱法与热分解和金汞齐技术使用Advanced Mercury Analyzer（AMA） LECO? 254进行测定（Costley等，2000），其检测限为0.01 ng。分析质量控制使用认证参考材料DORM-4（鱼蛋白Hg = 0.41 μg g?1）和TORT-3（龙虾肝胰腺Hg = 0.29 μg g?1）进行。Hg浓度进一步以μg g?1相对于干重进行表示。

所有统计分析使用GraphPad Prism 8进行，考虑显著性水平为0.05。首先使用Shapiro-Wilk检验测试所有研究变量的正态性。δ13C和δ1?N值在两种鱼类中均符合正态分布（p > 0.05），因此被作为参数变量处理。对于Hg浓度，蓝鳍马面鱼的肌肉和大脑组织符合正态分布（p = 0.49和p = 0.08），而鳃和肝脏（p = 0.05和p = 0.04）以及大眼深海鳕的所有组织（p < 0.0001）均不符合正态分布。因此，参数检验被用于δ13C和δ1?N值，而非参数检验被用于大部分Hg数据。

对于稳定同位素分析，t检验被用于比较两种鱼类的δ13C和δ1?N值。此外，还进行了生物变量（标准长度和重量）与δ1?N值之间的关系分析，以及生物变量与δ13C值之间的关系分析，以获取关于生物积累模式和栖息环境使用的信息。对于Hg浓度在不同组织之间的比较，使用Friedman检验，因为这四个组织在同一个个体中测量，代表重复和配对测量。当得到显著结果时，使用Nemenyi后验检验来识别组织之间的差异。为了比较两种鱼类在每个组织中的Hg浓度，使用Mann-Whitney检验。为了测试这些鱼类的汞生物积累，使用对数正态方法建模长度/重量与汞浓度之间的关系，拟合对数尺度上的高斯线性模型：log(Hg) = α + β log(SL或Weight) + ε，其中α是截距，β是所有ometric指数，ε ~ N(0, σ2)。假设在log尺度上进行检查。这些统计分析在R（版本4.5.1）中进行（R Core Team，2025）。最后，对每种鱼类进行线性回归分析，以测试汞浓度与肌肉中δ1?N值之间的关系。

研究结果表明，蓝鳍马面鱼和大眼深海鳕的肌肉组织汞浓度最高，而肝脏和鳃组织汞浓度最低。对于蓝鳍马面鱼，其肌肉组织中的汞浓度高于其他组织，而肝脏和鳃组织之间的汞浓度差异不显著。对于大眼深海鳕，其肌肉组织中的汞浓度高于其他组织，而肝脏和鳃组织之间的汞浓度差异也不显著。两种鱼类的肌肉组织汞浓度均显著高于其他组织，这可能反映了汞在这些组织中的生物积累特征。此外，两种鱼类的肌肉组织汞浓度差异显著，这可能与它们的栖息环境和营养级位置有关。

从生态学角度来看，蓝鳍马面鱼和大眼深海鳕在不同组织中的汞浓度差异可能反映了它们的生理代谢特征和摄食行为。肌肉组织作为主要的能量储存组织，其在鱼类体内的质量较大，因此对汞浓度的传播具有重要影响。此外，汞在不同组织中的分布可能与它们的摄食策略和栖息环境密切相关，这些因素可能影响汞在不同组织中的富集和排除。因此，了解汞在不同组织中的动态对于评估汞暴露对食物链的生态风险至关重要。

研究还发现，汞在大脑中的浓度与肌肉相近，这与通常认为大脑是汞浓度最低的组织的假设相悖。这可能表明这些鱼类的大脑可能面临显著的神经毒性挑战，甚至影响其认知功能、捕食能力、躲避捕食者的能力以及整体生存。此外，汞暴露可能破坏免疫系统、生殖过程，甚至影响该地区的种群动态，从而带来长期的生态后果。鱼类可能通过进化机制来保护和防止大脑中汞浓度的升高。然而，一些研究表明，在实验室条件下饲养的斑马鱼（*Danio rerio*）和在里约阿维罗河口捕获的金鲭（*Liza aurata*）的大脑中汞浓度较高。这些研究发现，甲基汞（MeHg）能够通过被动扩散和主动中性氨基酸转运系统穿越血脑屏障，由于其结构与蛋氨酸的相似性以及MeHg-半胱氨酸复合物的形成。因此，这种模拟过程可能在我们的研究物种中存在，但需要进一步研究以了解蓝鳍马面鱼和大眼深海鳕大脑中的汞生物积累情况。

在大眼深海鳕中，鳃组织的汞浓度最低。鳃通常是鱼类摄入水生污染物的主要部位，但其相对较低的汞含量表明它们不是汞积累的主要部位。相反，其他鱼类的研究表明，汞主要通过饮食暴露进入体内，并随后储存在内部组织如肌肉和肝脏中。因此，鳃组织的汞浓度可能与它们的生理功能有关，即它们在鱼类体内的主要作用是气体交换，而不是污染物的储存或排除。

总体而言，蓝鳍马面鱼的所有组织中的汞浓度均低于大眼深海鳕。这种差异可能与蓝鳍马面鱼的营养级位置较低或其在开放水域的分布有关。然而，汞浓度与δ1?N值之间没有显著关系，这表明生物富集可能不是导致这种差异的主要因素，而是栖息环境的影响，因为底栖食物链通常富含汞。此外，研究还发现，蓝鳍马面鱼的汞浓度与长度和重量之间没有显著关系，这可能与其机会性食腐行为有关，即它们可能从不同营养级和栖息环境的猎物中获取汞，从而导致汞浓度的波动。而大眼深海鳕的汞浓度则与长度和重量在大多数组织中存在正相关，唯独在大脑中没有显著关系。这可能表明，大眼深海鳕在成长过程中可能从更高营养级的猎物中获取汞，从而导致汞浓度的增加。大脑中没有长度或重量相关性可能反映了生理调节机制，如汞的解毒或对神经组织的保护。

在探讨汞生物积累与生物富集的关系时，研究发现，汞浓度与δ1?N值之间没有显著关系，这可能由多种生态和生理因素导致。对于蓝鳍马面鱼来说，其机会性食腐行为和与开放水域食物链的关联可能导致汞暴露的波动。由于食腐猎物可能来自不同的营养级和栖息环境，汞的积累可能更多地受到猎物可用性的影响，而不是营养级位置。对于大眼深海鳕来说，尽管其与底栖食物链的关联可能意味着汞浓度较高，但缺乏与δ1?N的关联表明其他因素，如栖息环境和生理过程（如汞的解毒或排泄率）可能在决定汞浓度方面起着重要作用。

从生物富集的角度来看，考虑到Seco等人（2021）在斯科蒂亚海提出的营养级富集斜率（TMS）公式，我们预期蓝鳍马面鱼的汞浓度约为0.85 μg g?1 dw，而实际测量的汞浓度（0.79 ± 0.26 μg g?1 dw）与预期值相似，表明该物种的生物富集因子适合斯科蒂亚海的开放水域食物链。相比之下，大眼深海鳕的预期汞浓度为1.72 μg g?1 dw，而实际测量值（1.89 ± 1.83 μg g?1 dw）略高于预期值，且大约是蓝鳍马面鱼的两倍，表明该物种的汞生物富集因子与开放水域食物链中的因子有所不同。这可能是因为该物种与底栖食物链的关联。然而，我们需要谨慎，因为标准差相对较高，包括了该TMS所预期的汞浓度值。因此，进一步的研究将有助于确认这一假设。

本研究的结果表明，蓝鳍马面鱼和大眼深海鳕在不同组织中的汞浓度存在显著差异，且这两种鱼类的汞浓度在不同组织中也存在显著差异。这些差异可能反映了它们不同的摄食习惯和可能的解毒机制。然而，需要强调的是，本研究仅分析了成年个体，未来的研究应考虑幼年个体，以更全面地了解它们在整个生命周期中的汞积累模式。总的来说，本研究突显了对这些物种的生态动态和汞污染风险进行进一步研究的重要性。