从耳石窥探鱼类生态：科研新视角解读“鱼生”
来源：本站编辑
发布时间：2024-06-21
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今天来给大家科普一个海洋生物学的小知识——鱼类的耳石。耳石可不是普通的“耳朵里的石头”那么简单哦！它蕴含着丰富的信息，就像鱼类身上的“身份证”一样。
不同鱼类耳石外观图（图片来源：参考文献1）
什么是耳石？
耳石，顾名思义，是生长在鱼类内耳中的微小结石。别小看这小小的石头，它可是鱼类生活的“指南针”和“日记本”！能记录鱼类的生长、迁移等众多信息。
黑鲈(Centropristis striata)耳石的(A)截面和(B)整个耳石上每个光学环的年龄注释。(C)耳石截面在LA-ICP-MS分析后进行了注释。(图片来源：参考文献2)
耳石是硬骨鱼类最先钙化的组织，形成于胚胎时期，虽然耳石不直接与周围环境接触，但环境中的化学元素能通过呼吸或摄食经由鳃和肠道进入到血液、淋巴液，围绕着耳石核心沉积。这种沉积不仅是一种不可逆过程，还会使耳石的尺寸每天以极薄的同心环形式增加（１～１０μｍ），从而形成稳定的、不易代谢的结构。耳石的稳定性极高，能够长时间保存不易受外界影响。通过分析这些微小的元素差异，我们不仅能了解鱼类的迁徙路径，还能洞察它们所生活的环境，对生态保护和研究有着不可估量的价值。
耳石分为三种，分别为矢耳石、星耳石和微耳石。耳石通常具有季节性分区的模式，可以通过光学显微镜区分为暗与亮(半透明和不透明)的交替区。不透明区通常具有较高的蛋白质含量，半透明区相对狭窄，并被解释为代表季节性生长速率较低的时期，如秋冬季。
耳石有哪些神奇功能？
鱼类生长“记录官”
鲶鱼耳石截面图，红线代表LA-ICP-MS线扫描路径（图片来源：参考文献3）
线扫描的Mn：Ca元素信号变化（图片来源：参考文献3）
科学家们利用LA-ICP-MS全元素线扫描来检测鱼类耳石中的元素变化，从而推断鱼类的生活史变化。例如，环境中含氧量的降低会导致水体中Mn含量的下降，从而通过鱼体的沉积反应在耳石上。通过对耳石进行LA-ICP-MS线扫描检测，可以分析出其中的元素含量和分布情况，结合环境变化，进而推断鱼类生活史中的重要事件，如洄游、迁徙、生长速率等，从而为鱼类资源管理和保护提供重要的科学依据。
鱼类交流“身份证”
棘头梅童鱼耳石横切面以及边缘和核心激光烧灼区图像（图片来源：参考文献4）
每个鱼类的耳石都蕴藏着自己种群的关键信息，也是鱼类与鱼类交流的“身份证”。通过使用LA-ICP-MS对耳石截面核心和边缘区域进行点扫描检测耳石中的元素变化，并与环境数据相结合，推断出鱼类的种群结构、产卵场、孵化场以及种群连通性等信息，从而帮助科学家研究鱼类的生态和环境适应性，了解不同环境对鱼类的影响和适应机制，为生态保护和环境监测提供参考。
环境检测的“哨兵”
尖吻鲈鱼耳石LA-ICP-MS的打点位置（图片来源：参考文献5）
Spilsbury 等(2022)利用LA-ICP-MS分析方法，对尖吻鲈鱼耳石中的金属元素进行了原位测试分析，并与水体中的环境监测数据进行对比分析。研究结果表明，在被石油烃污染的环境中，原油中的Al和Ba通过饮食途径被吸收并沉积在耳石中。尖吻鲈鱼通过饮食中摄入原油后，耳石会积累的大量金属。快速、低成本的耳石微化学分析与原油金属含量测量相结合，可以帮助调查原油泄漏，以确定鱼类是否暴露于原油中，即使所有其他暴露迹象都已在环境中消散。
什么是LA-ICP-MS？
这是一种高科技的检测方法——激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术（LA-ICP-MS）。通过它，我们可以精确地分析鱼类耳石中的元素变化，像是一把神奇的钥匙，打开了鱼类生态研究的大门。通过这项技术我们掌握了鱼类生态学的准确信息，就能更有效地保护珍稀物种，调整渔业资源的管理策略，实现人与自然的和谐共生。这不仅是科技的胜利，更是对大自然最深情的告白。
前沿进展
凯来谱LA-ICP-MS耳石成像
（图片来源：海南大学 宋一清副研究员）
上海凯来谱科技有限公司基于LA-ICP-MS的多元素成像技术为鱼耳石微化学分析提供了全新手段。
高空间分辨率：能够提供耳石表面微小区域的化学成分信息，分辨率最低可至500nm。
多元素成像：可以同时分析多种元素的分布，有助于理解不同元素之间的相互关系和相互作用。
环境变化：通过分析耳石中环境敏感元素（如Sr/Ca比值）的分布，推断鱼类所经历的环境变化。
提高准确性：面扫描可以减少由于单一取样点偏差带来的误差，提高分析结果的代表性和准确性。
数据可视化：生成的图像可以直观地展示数据，便于科研人员进行分析。
凯来谱
上海凯来谱专注提供激光剥蚀相关联用技术的应用开发和分析测试服务，在鱼耳石含量分析和多元素成像具有显著优势。这些服务不仅为鱼类生态学研究提供了强有力的工具，也为渔业资源管理和保护、环境监测和生态保护提供了科学依据。欢迎各位老师莅临交流或送样分析！
已测试鱼种：
柔鱼科、小黄鱼、大黄鱼、棘头梅童鱼等。
部分分析仪器：
致谢
感谢海南大学宋一清副研究员为本文提供素材！
参考文献
[1]王英俊, 吴莹莹, 邹琰, 等. 鱼类中的小耳石大世界——浅谈硬骨鱼类中的耳石[J]. 中国水产, 2020.
[2]Fraley K M, Leppi J C, Brown R J, et al. Life history patterns of Arctic Alaska Inconnu (Stenodus leucichthys) elucidated through Sr otolith microchemistry[J].
[3]Hermann T W, Stewart D J, Limburg K E, et al. Unravelling the life history of Amazonian fishes through otolith microchemistry[J]. Royal Society open science, 2016, 3(6): 160206.
[4]张潇.东、黄海棘头梅童鱼耳石形态及其微量元素差异特征研究[D].上海海洋大学,2023.
[5]Spilsbury F, McDonald B, Rankenburg K, et al. Multivariate analysis of otolith microchemistry can discriminate the source of oil contamination in exposed fish[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 2022, 254: 109253
