深入深海:了解剑鱼的生态生理学

鱼类等冷血脊椎动物极易受到周围环境温度变化的影响。然而，一种成功的海洋捕食者，箭鱼，从热带海洋迁移到温带海洋，每天从温暖的表层水域潜入较冷的深处，看起来很轻松。达特茅斯麻州大学的DRS迭戈贝纳尔和PFReGER环境研究所（Piver）的Chugey Sepulveda正在共同解释这种能力的生理机制，对理解脊椎动物呼吸和肌肉功能有意义，以及维持箭鱼和其他海洋物种的健康种群。

作为陆地动物，我们习惯于经历剧烈温度变化的环境，这些环境发生在长（即，从夏天到冬天）和短时间框架（从日常到夜间）。作为温血性哺乳动物，我们有能力调节我们的体温以减轻这些环境变化的生理效果。像海洋鱼一样的其他群体并不是如此幸运，因为温度的激烈变化可能会产生致命的反应。

在海洋领域，水的高热容量为鱼类提供了一个缓冲区，以抵御环境温度的快速变化。由于这个原因，大多数海洋物种已经进化到栖息在相对狭窄和同质的热生态位上。因此，即使大多数鱼类对体温没有生理控制，它们仍然能够保持相对恒定的热环境，从而优化代谢过程。然而，某些鱼类并不遵循这一趋势，它们的体温和生理过程每天和季节都会发生极端的热变化。这些热波动主要是对每日和季节性迁徙的响应，以寻找聚集在温带和极地以及温跃层下方水域的丰富猎物来源。

极端的生活
有一种显著的物种已被证明对不断变化的热环境具有很强的耐受性。剑鱼(Xiphias鲟） - 一个大型海洋食肉动物是漫游世界上所有的海洋 - 是已知穿越每天极端热屏障，花费长时间的在白天，晚上的表面和深度大追捕这两个数的鱼类之一。此昼夜活动模式导致极端的热波动，与生理过程受到几分钟之内超过15℃的温度变化。尽管许多鱼类也表现出耐受性在温度短暂变化，箭鱼已经示出为驻留和寻找在非常不同的条件下长时间的，提供了每日模式，受试者的生理过程极端和对比的条件。这样每天的模式提供箭鱼了一个独特的机会，觅食能让他们丰富的猎物资源饲料白天和晚上两个。

了解箭鱼如何耐受极端条件并与其他物种隔离也导致了选择性、低冲击渔具的发展。通过记录深度趋势和潜水特征，研究人员已经能够确定导致箭鱼渔业选择性增加的时间和地点。这一点至关重要，因为世界范围内的箭鱼渔业经常与海龟和海洋哺乳动物等敏感物种的高水平副渔获物有关。

从生理角度来看，了解箭鱼如何容忍极端热情以及它们如何在它们之间快速转变，不仅可以进入这个物种，还可以进入其他生物如何在生理上反应改变环境温度。甚至可以帮助渔业经理发展新的，更可持续的渔业实践。伯纳尔和Sepulveda博士正在将他们的生理学，生态和海洋资源保护的互补专业知识携带在一起，以回答这些迷人的问题。

了解剑鱼是如何忍受极端条件并与其他物种隔离的，这促使了选择性、低影响的渔具的发展

肌肉问题
潜水旗鱼在从温水到冷水再到冷水的过程中面临两个基本问题。首先，温度的变化可能会对游泳肌肉产生影响——对这种快速移动的捕食者来说尤为显著——其次，在箭鱼白天捕猎的深度，氧气含量较低。

每个短跑运动员都知道当他们温暖时肌肉工作得更好。在他们的美国国家科学基金会资助项目中，伯纳博士和萨普韦达博士的目标是在箭鱼中量化这一效果。他们的工作记录了潜水期间自由游泳鱼类的肌肉温度变化，随后评估体外在实验室设定的相同温度范围内的肌肉性能。

剑鱼有几个解剖适应性游泳有助于保持肌肉的温度比周围环境:暖和的主要肌肉举行游泳接近身体的中心,提供血液通过一个复杂的血管网络作为热交换器,有效地保护身体热量。这种被称为“区域肌肉恒温动物”的机制显然能让剑鱼在冷水中保持高水平的游泳表现，但这并不能完全解释它们能够在如此快速的潜水中存活下来，并在深水中停留如此长时间的能力。事实上，其他掠食性鱼类，包括金枪鱼和一些鲨鱼，比剑鱼有更大的区域肌肉恒温动物的能力，然而，它们不能维持这么长的潜水时间。

Bernal博士和Sepulveda博士对这种差异提出了一种解释：从迄今为止收集的数据来看，研究小组提出旗鱼使用生理性体温调节，同时肌肉在大范围的环境温度下工作。当他们对自由游泳的潜水旗鱼的身体和水温的经验测量被放入计算机生成的热力学模型中时，他们发现旗鱼可以改变和控制整个身体与周围水的热量交换速率，有效地减缓了潜水时身体冷却的速度，并加快了返回水面时的复温速度。他们的研究还表明，箭鱼的肌肉可以在不同的温度下发挥作用，包括对许多其他远洋鱼类来说是致命的非常寒冷的条件。

完美捕食者
贝尔纳尔和塞普尔韦达推测，在箭鱼在于其复杂的，由两部分组成循环系统的生理体温调节的基础。当潜水到较冷的水，鱼可能会减慢通过与热交换歧管在内心深处他们的尸体武装船只路由血液，让他们温暖，抵御寒冷的冷却。相反，回到温暖的地表水时，旗鱼可以通过船只的是短路的热交换系统路由血液加速与周围环境的热交换。最终的结果是，在旗鱼比其周围的时间比其他鱼长比例较高温度下工作。这可能给他们的竞争相对于其他捕食者和猎物的优点。此外，迅速升温的能力减少了表面上的时间花费箭鱼“姥”的量，腾出更多的时间来开发海洋深处的丰富的食物资源。

研究小组的下一个问题是，这些长时间的潜水如何影响剑鱼的肌肉功能和它从水中吸收氧气的能力。与表层海水相比，深海的某些层往往缺乏溶解氧，而且在大多数鱼类中，血液结合氧气的能力随温度而变化，为鱼类产生了一套复杂的相互作用。伯纳尔和塞普尔韦达与美国和加拿大的同事合作，研究温度如何影响剑鱼血液的含氧能力，并探索它们鳃和肌肉中可能独特的、增强氧气输送能力的超微结构适应。他们希望阐明剑鱼对极端温度和缺氧的耐受的生理基础:正如研究人员描述的那样，“适应生活在边缘”。

贝尔纳尔和塞普尔韦达推测，在箭鱼在于其复杂的，由两部分组成循环系统的生理体温调节的基础

微调渔业
Bernal和Sepulveda的最终基本方面的研究表明，在研究期间如何获得详细的生理和生态数据与当地渔业有关。Sepulveda和他的团队在码头致力于过去十年的大部分尝试制定替代手段，以获得箭鱼，这些是比世界各地更多传统渔业更具选择性的选择性。这项工作的关键是了解从其他物种和开发选择性地瞄准箭鱼深度的箭头的箭鱼分离的箭头和开发替代渔具。增加齿轮选择性和最小化与海龟和海洋哺乳动物这样的受保护物种的不需要的相互作用是管理者和渔民的双赢场景。这是团队希望对其生理专业的新知识可用于开发更清洁的渔业，为DWWindling渔业社区提供新的机会。

合作者的生理数据也可能为剑鱼的运动和行为如何随着气候变化而变化提供关键的见解。由于我们的海洋随着时间而变化，包括猎物分布和丰度、氧气供应和海洋温度等因素都会影响这一全球资源的流动。他们希望他们的研究可以提供一套生物学见解，帮助解释剑鱼如何能够完成它们每天所完成的壮举，以及这些信息如何帮助剑鱼和其他海洋物种的数量在未来保持在可持续的水平。