珊瑚礁鱼类如何应对极端温度变化？阿拉伯-波斯湾的最新研究发现

摘要：珊瑚礁作为地球上最为脆弱的生态系统之一，对温度变化极为敏感。海水温度的升高对珊瑚礁造成了严重的威胁，包括珊瑚白化、生物多样性下降等。虽然科学家们已经意识到气候变暖对珊瑚礁的威胁，但对于珊瑚礁鱼类如何应对温度变化，以及它们的适应能力是否存在极限，仍然缺乏深入的了

本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：

编译 | 王海诗（Amphitrite Wong）
本文约3200字，阅读约6分钟

珊瑚礁作为地球上最为脆弱的生态系统之一，对温度变化极为敏感。海水温度的升高对珊瑚礁造成了严重的威胁，包括珊瑚白化、生物多样性下降等。虽然科学家们已经意识到气候变暖对珊瑚礁的威胁，但对于珊瑚礁鱼类如何应对温度变化，以及它们的适应能力是否存在极限，仍然缺乏深入的了解。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，2025年3月6日，纽约大学科研团队发布了一项的研究成果，揭示了全球最热海域——阿拉伯湾的珊瑚礁鱼类在应对气候变暖方面的独特适应性。不过，这种适应性并非毫无代价——其代价便是生物多样性的显著降低。

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图源：纽约大学阿布扎比分校穆巴达拉气候与环境科学中心官网

这项由纽约大学阿布扎比分校穆巴达拉气候与环境科学中心（Mubadala ACCESS）的研究人员主导的研究发现，阿拉伯湾的珊瑚礁鱼类相较于温度更为稳定的珊瑚礁，展现出了更高的温度波动耐受性。这表明，在极端高温环境下，部分鱼类确实能够进化出适应能力。但令人担忧的是，阿拉伯湾的鱼类物种总数明显少于温度相对温和的阿曼湾。这说明，只有特定种类的鱼类才能在不断升高的全球温度中存活下来。

该研究团队通过比较阿拉伯湾和阿曼湾鱼类的生理特性，旨在探究珊瑚礁鱼类如何应对气候变暖带来的挑战。他们发现，尽管阿拉伯湾的鱼类在温度耐受性上略高于阿曼湾的同类，但整体生物多样性的差距却十分显著。这一结果发表在《全球变化生物学》（Global Change Biology）期刊上，题为《狭窄的边缘：面临极端温度变化的珊瑚礁鱼类的有氧表现和温度耐受性》。

珊瑚礁是海洋生命大产房。©摄影：王敏幹（John MK Wong） | 绿会融媒·“海洋与湿地”（图文无关）

该研究团队通过对比生活在阿拉伯-波斯湾（southern Arabian/Persian Gulf）和阿曼湾（Gulf of Oman）的珊瑚礁鱼类，分析它们如何适应极端温度变化。

此外，研究人员还对一个名为“可塑地板和坚固天花板”（plastic floors and concrete ceilings hypothesis）的假说进行了验证。该假说认为，鱼类可以通过调整其静息生理速率（如心率或代谢率）来适应更温暖的气候。但是，通过对比阿拉伯湾和阿曼湾三种珊瑚礁鱼类的代谢率，研究人员并未发现显著差异。这表明，最初针对冷水物种提出的这一假说，并不适用于经历温度变化的热带鱼类。

阿拉伯-波斯湾是地球上温度最极端的珊瑚礁生态系统之一，其年均温度变化范围可达18.0°C–36.5°C，远超许多其他热带海域。在这样的环境下生存的鱼类，必须面对剧烈的温度波动，以及夏季高温带来的生理压力。相比之下，邻近的阿曼湾温度相对温和，年均变化范围在21.0°C–32.0°C。研究人员选择了三种珊瑚礁鱼类——淡带眶棘鲈（Scolopsis ghanam）、线纹异齿鳚（Ecsenius pulcher）和九带巨牙天竺鲷（Cheilodipterus novemstriatus），分别采集自这两个海域，以此比较它们的温度耐受性与代谢适应策略。这三种鱼类在当地分布广泛，生态角色、营养级及体型各异。

研究所涉及的领域，阿拉伯湾和阿曼湾。图：百度地图

【具体的研究方法】这项研究采用了严谨的实验设计和细致的数据分析方法，旨在深入探究阿拉伯湾和阿曼湾珊瑚礁鱼类在不同温度条件下的生理适应性。该研究团队选取了淡带眶棘鲈、线纹异齿鳚和九带巨牙天竺鲷三种具有不同生态角色、营养层级和体型的鱼类作为研究对象。这3个物种，在进化上相距甚远，代表了三个不同的科，为研究种内和种间生理性能的差异提供了理想的材料。研究人员分别在阿拉伯湾和阿曼湾的四个珊瑚礁地点采集这些鱼类，并将其置于温度可控的实验环境中，模拟了两个海湾冬季最低、春季平均和夏季最高的温度条件，以评估鱼类在自然温度范围内适应性。

为了全面评估鱼类的生理性能，研究人员测量了包括临界高温极限（CTmax）、临界低温极限（CTmin）、标准代谢率（SMR）、最大代谢率（MMR）和有氧代谢范围（AS）在内的五个关键指标。通过间歇流动呼吸测量法，研究人员精确测量了鱼类在不同温度下的耗氧率，从而计算出SMR和MMR。同时，他们还通过控制水温变化速率，记录了鱼类失去平衡时的温度，以此确定CTmax和CTmin。为了确保实验结果的准确性，研究人员对所有数据进行了严格的统计分析，包括线性模型、置换多元方差分析（PERMANOVA）以及事后成对比较。此外，研究团队也对鱼类的体重进行了校正，以消除因个体差异对实验结果的影响。

研究团队还细致地处理了实验数据，以确保结果的可靠性和可重复性。所有实验数据均通过Figshare平台公开，而海面温度数据则来源于NASA OBPG。在数据分析过程中，研究人员采用了多种统计方法，包括t检验、Mann-Whitney U检验、线性模型和PERMANOVA，以评估不同因素对鱼类生理指标的影响。为了处理不符合正态分布的数据，研究人员还使用了Tukey的幂变换。此外，他们还对P值进行了多重比较校正，以避免假阳性结果。这些严谨的数据处理和分析方法，为研究结果的科学性和可靠性提供了有力保障。

该研究发现，生活在阿拉伯-波斯湾的珊瑚礁鱼类相较于阿曼湾的同种个体，表现出更高的温度耐受上限，并且它们的有氧代谢能力（aerobic scope）在更广的温度范围内保持较高水平。这表明，在多代适应过程中，这些鱼类的生理机能已经发生调整，使其能够应对极端温度变化。但是，研究人员并未在阿拉伯-波斯湾的鱼类中发现“可塑地板”效应，即它们的基础代谢率并未随着温度升高而降低。这与此前一些研究发现的结果有所不同，表明珊瑚礁鱼类在长期适应过程中可能存在不同的生理调节机制。

尽管如此，该研究也发现，这些鱼类的“夏季热安全边际”（thermal safety margins）比阿曼湾的同种个体低 1.47°C。这意味着，即便它们已经展现出一定的温度适应能力，仍然难以跟上全球变暖导致的长期温度上升趋势。换句话说，珊瑚礁鱼类的耐热能力存在一定的可塑性，但这种可塑性，还可能不足以让它们适应未来更为极端的气候条件。

这项研究为理解珊瑚礁鱼类如何应对极端气候提供了重要的实证数据，也为预测未来珊瑚礁生态系统的变化提供了新视角。“阿拉伯湾鱼类表现出的温度耐受性增强，表明它们对多年极端高温环境的一种适应性反应，”该研究团队成员丹尼尔·里普利博士指出，“不过，阿拉伯湾鱼类多样性明显低于阿曼湾，这意味着，只有某些物种才能在生理上适应温度变化，随着气候持续变暖，能够存活的物种将会减少。”

穆巴达拉ACCESS中心联合首席研究员约翰·伯特教授补充道：“虽然阿拉伯湾的一些珊瑚礁鱼类显示出对温度升高的轻微适应性，但许多鱼类并非如此。这表明，随着全球温度升高，许多生态系统的鱼类生物多样性可能会下降。我们的发现强调了进一步研究不同环境下的热耐受性理论的必要性，以便更好地预测气候变化的长期影响。”

这项研究揭示了气候变化对珊瑚礁生态系统的复杂影响。虽然部分鱼类可能具备一定的适应能力，但生物多样性的损失却是一个不可忽视的严峻问题。减缓气候变化，保护这些脆弱的生态系统，是迫切的任务。

卡塔尔海域的珊瑚礁调查。©摄影：王敏幹（John MK Wong） | 绿会融媒·“海洋与湿地”（图文无关）

感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：

Grace O. Vaughan, Daniel M. Ripley, Matthew D. Mitchell, Dain McParland, Jacob L. Johansen, Holly A. Shiels, John A. Burt. Narrow Margins: Aerobic Performance and Temperature Tolerance of Coral Reef Fishes Facing Extreme Thermal Variability. Global Change Biology, 2025; 31 (3) DOI: 10.1111/gcb.70100

海湿

热安全边际

热安全边际（Thermal Safety Margins, TSMs）是指生物体能够承受的临界温度极限（如临界高温极限CTmax或临界低温极限CTmin）与其所处环境的实际温度之间的差值。这个差值反映了生物体在面对环境温度波动时的安全程度。简单来说，TSMs越大，生物体在面对极端温度事件时就越安全；TSMs越小，生物体就越容易受到极端温度的威胁。科学家计算TSMs，可以评估气候变化对生物物种生存和分布的潜在影响。

海湿

间歇流动呼吸测量法

间歇流动呼吸测量法（Intermittent Flow Respirometry）是一种测量水生生物耗氧率的实验技术。它通过在封闭的呼吸室中，间歇性地测量水体中溶解氧浓度的变化，来计算生物体在特定时间段内的耗氧量。与连续流动呼吸测量法不同，间歇流动法允许呼吸室在测量间隙进行水体更新，从而维持水质稳定，并减少生物体代谢产物积累对其生理状态的影响。这种方法适用于研究各种水生生物的代谢活动，包括鱼类、甲壳类和底栖生物等。在本研究中，研究人员使用了这种方法，来测量鱼类的耗氧率（ṀO2）。

海湿

阿拉伯湾、阿曼湾

阿拉伯湾是一个位于阿拉伯半岛和伊朗之间的海湾，通过霍尔木兹海峡与阿曼湾相连。它是一个相对封闭的海域，高温和高盐度。阿拉伯湾是世界上最热的海域之一，其水温和盐度都显著高于其他海域，代表了极端环境。

阿曼湾位于阿拉伯半岛东南部，比阿拉伯湾更加开阔，水温相对较低，海洋生物多样性也更丰富。

这两个海湾在地理上相邻，但在环境条件上却又存在显著差异，这为研究人员提供了一个天然的实验场所。相比起阿拉伯湾，阿曼湾则相对温和，水温和盐度波动较小，代表了相对稳定的环境。研究人员可以在这两个海湾中观察和比较鱼类的生理特性，从而更好地了解它们对环境变化的适应机制。

思考题·拓展思维

Q1、这个研究表明，阿拉伯湾的鱼类虽然表现出更高的温度耐受性，但却以生物多样性降低为代价。那么，这种“适应性”是否可持续？在气候持续变暖的情况下，这种“适应性”是否会达到极限？是否应该更加在整体的层面来关注生物多样性的保护，而不是仅仅关注个别物种的适应能力？

Q2、即使部分鱼类能够适应高温环境，但生物多样性的整体下降是一个不可逆转的趋势。这项研究是否给人类敲响了警钟？我们应该如何在全球范围内加强气候治理，以保护这些脆弱的生态系统？在保护珊瑚礁方面，除了关注鱼类，我们还应该采取哪些综合性的保护措施？

Q3、这个研究表明，阿拉伯湾的鱼类在极端高温下展现出一定的适应性，但这种适应性是否可以推广到其他海洋生态系统（比如我国涠洲、斜阳岛一带的珊瑚礁）？不同物种、不同生态环境下的适应机制是否存在差异？在预测全球气候变化对海洋生物的影响时，应该如何考量这些差异性？

- 海洋与湿地·往期相关报道《中国广西的珊瑚岛 | 第三次涠洲岛珊瑚调查（1998）记录：共有21属45种》
- 海洋与湿地·往期相关报道《珊瑚礁生态调查计划 (RLS) 简介》

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资讯源 | Global Change Biology
文 | 王海诗（Amphitrite Wong）

编辑 | Linda

排版 | 绿叶

【引用本文】

王海诗.珊瑚礁鱼类如何应对极端温度变化？阿拉伯-波斯湾的最新研究发现.海洋与湿地.2025-03-10

全球环境治理·海湿前瞻

Mainstreaming OceanWetlands

【参考资料】

https://dx.doi.org/10.1111/gcb.70100

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.70100

https://nyuad.nyu.edu/en/news/latest-news/science-and-technology/2025/march/nyuad-researchers-fish-adaptability-arabian-gulf.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Ecsenius_pulcher

New York University. "Adaptability of some coral reef fish to rising temperatures." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 March 2025
www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250306122921.htm

【海洋与湿地·小百科】大湾区海洋生物数字文献库（Greater Bay Area Marine Biological Digital Library, 简称GMBDL）是全国第一个以视频图鉴为特色的海洋生物数据库，始于2022年，由大鹏半岛海洋图书馆（Dapeng Peninsula Marine Library）出品。大湾区海洋生物数字文献库通过长达2000多个小时的潜水拍摄积累而成，拍摄团队历经6年时间，专注于南海北岸海域，精心记录下海洋动物在日夜不同时间的行为、雌雄不同的体色以及冬夏不同的状态，还特别记录了深圳近十年来鲸豚搁浅等海洋大事，所采用的均是高清高帧率视频，确保了影像的高质量和细节展示。该数据库由国内权威分类学专家进行定种，目前已收入407种海洋生物，且物种数量仍在持续增加，目标是在两年内达到1000种，为海洋生物研究和保护等工作提供数字化资源支持。图源：©GMBDL