儘管鳳尾魚（鳀）在加州近海具有重要的生態和經濟意義，但其族群數量的漲落特徵幾十年來一直是個謎。新研究揭示了支持鳳尾魚幼體的食物鏈長度與加州鳳尾魚族群繁榮與蕭條週期之間的相關性。較短的食物鏈與族群成長有關，這為漁業管理和保育工作提供了啟示。

史克里普斯大學和美國國家海洋暨大氣總署科學家的最新研究發現，生態相關性有助於解釋加州鳳尾魚數量的暴漲暴跌。如果這些相關性在進一步的研究中得到證實，有朝一日它們將有助於為加州鳳尾魚漁業的管理提供信息，並改善保護工作。

鳳尾魚在海洋生物中的作用

美洲鳀（Engraulis mordax）是加州最引人注目的海洋生物–包括成群的海獅、成群的海豚、利潤豐厚的鮪魚漁業和成群的鯨魚的重要食物來源。但是，加州近海鳳尾魚種群的特徵之一是繁榮和蕭條的循環，這種循環可以持續十多年。這些起伏在整個海洋生態系統中迴盪，有時會導致海獅幼崽挨餓，有時會導致褐鵜鶘餓到拋棄雛鳥。

儘管經過數十年的科學研究，特別是由加州大學聖地亞哥分校斯克里普斯海洋研究所、美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）以及加州魚類和野生動物管理局合作開展的CalCOFI 研究項目的研究，但究竟是什麼原因導致了這些繁榮和蕭條，仍然難以捉摸。該計畫對加州海岸上下的海洋生態系統進行調查，是世界上最大、時間最長的海洋監測計畫之一。

在生物調查中採集並保存在福馬林中的美洲鳀幼體（25 毫米長）。來源：Rasmus Swalethorp

研究的主要發現

這項研究於12 月5 日發表在《自然通訊》（Nature Communications）上，由美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）和美國國家科學基金會（National Science Foundation）資助。研究人員分析了45 年來在CalCOFI 調查中收集到的鳳尾魚幼魚，發現支持幼魚的食物鍊長度與鳳尾魚族群的興衰密切相關。

具體來說，食物鏈越短，數量越多；食物鏈越長，數量越少。幼蟲食物鏈較短，在食物鏈底部光合浮游植物採集太陽能量和幼蟲（主要吃浮游動物）之間，一種動物吃另一種動物的步驟較少。

這項研究的主要作者、斯克里普斯大學的計畫副科學家拉斯穆斯-斯瓦勒托普（Rasmus Swalethorp）說，這種相關性的可能解釋之一是，食物鏈越短，效率越高，因此食物鏈底層的更多能量會到達鳳尾魚幼蟲體內。斯瓦勒霍普說，這是因為食物鏈不同部分的生物每次相互吞噬時，都會發生能量損失，這是眾所周知的。

斯瓦勒托普說：『這就好比電力從發電廠輸送到我們家中時所發生的能量損耗–距離越長，沿途損耗的能量就越多。從食物鏈的一個層級到下一個層級也是如此–步驟越多，到達鳳尾魚幼蟲體內的能量就越少。幼魚吃的可能是完全相同的食物，但當食物鏈拉長時，可能意味著食物沒那麼豐富，或者同樣的食物所含的能量沒那麼多。”

因此，較短的食物鏈可能會支持更多的鳳尾魚幼蟲個體。

Swalethorp 於2014 年開始了這篇論文背後的研究，希望利用CalCOFI 採樣計畫的優勢，更了解加州洋流生態系統中這一重要角色的漲落機制。

“海洋是一個非常大的地方，我們對其進行代表性採樣的能力非常有限，”斯瓦勒托普說。”CalCOFI是地球上最全面的海洋生態系統調查，它是我們了解這些更大的生態機制的最佳機會。”

具體來說，研究人員希望驗證這樣一個觀點，即在特定年份裡，有多少美洲鳀在幼魚期的危險中存活下來，一個關鍵的決定因素是這些幼蟲所參與的食物鏈結構。為此，研究人員利用穩定氮同位素分析法，確定了1960年至2005年期間由CalCOFI計畫收集的207條約三週大的鳳尾魚幼體的食物鏈長度。

2020 年，研究小組發表了一篇論文，詳細介紹了這種估算化學保存魚類食物鍊長度的方法，該方法的基本理念是，當一種生物吃掉另一種生物時，被吃掉的生物會在其消費者的組織中留下化學特徵。在這種情況下，分析並不能揭示誰吃誰的確切身份，但可以用來推斷浮游植物和鳳尾魚幼蟲之間的食物鏈有多少環節。

分析結果表明，較短的幼魚食物鏈往往會在鳳尾魚數量激增期之前一兩年出現，而較長的幼魚食物鏈則與隨後一到兩年鳳尾魚數量減少有關。此外，食物鏈長度的變化在大部分繁榮期和蕭條期都持續存在。

至於食物鏈長度如何以及為何會逐年增加或減少，Swarethorp 提供了一些可能的解釋。

斯瓦勒托普說：「鳳尾魚幼體非常容易餓死，它們的存活實際上取決於能量到達它們體內的效率。如果食物鏈很短，效率很高，這可能有助於更多幼魚存活下來，從而有助於推動未來一兩年的繁榮週期。”

由於目前的研究無法確定所發現的較長和較短食物鏈中的各個物種，這項研究無法解釋為什麼較長的食物鏈與鳳尾魚的蕭條有關，反之亦然。無論存在這種相關性的原因是什麼，幼魚食物鏈指數–利用穩定氮同位素對幼魚食物鍊長度進行的年度測量有可能在不久的將來成為估算鳳尾魚種群趨勢的有用工具，但還需要更多的研究來探索其潛力。

在研究期間，幼魚食物鏈長度似乎是一個重要的驅動因素，但也存在其他重要的驅動因素，它們的相對重要性很可能會隨時間和空間的變化而變化。未來將研究的時間序列擴展到現在會很有吸引力，因為目前的分析沒有涵蓋2015 年之後的幾年，當時加州近海的鳳尾魚數量再次激增。他還說，研究小組正開始探究食物鏈拉長時究竟是誰在吃誰以及是什麼引發了食物鏈底層的這些變化等複雜問題。

除此之外，當研究人員嘗試將這種相關性應用到其他地區和其他魚類物種（如秘魯鳀魚Engraulis ringens，來自世界上最大的單一漁場時），才能真正檢驗這種相關性的解釋力。

參考文獻《鳳尾魚的繁榮與蕭條與幼魚飲食的營養轉變有關》，2023 年12 月5 日，《自然通訊》。

DOI: 10.1038/s41467-023-42966-0

編譯來源: ScitechDaily