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夜間人造光（ALAN）是現(xiàn)代城市環(huán)境中常見(jiàn)的光污染源，漁業(yè)生產(chǎn)中的精準(zhǔn)捕撈和養(yǎng)殖環(huán)境營(yíng)造、水電環(huán)保中的過(guò)魚(yú)設(shè)施燈光誘趨魚(yú)、水域沿岸城市中的燈光秀和街道照明等，均屬于ALAN范疇。ALAN的光譜組成與自然光源（如太陽(yáng)光或月光）截然不同，尤其是隨著LED等現(xiàn)代照明技術(shù)的普及，其光譜范圍更加廣泛，對(duì)自然環(huán)境的影響更為深遠(yuǎn)。既往研究表明，ALAN會(huì)擾亂陸生生物的晝夜節(jié)律，但其對(duì)水生脊椎動(dòng)物影響及其代際效應(yīng)尚不清楚。斑馬魚(yú)作為一種廣泛應(yīng)用的模式生物，具有高度敏感的光感受器，是研究光污染影響的理想對(duì)象。
圖1 ALAN的全球分布情況
圖2 ALAN的亞洲分布情況
近日，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所段明研究員團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合德國(guó)馬克思普朗克動(dòng)物行為研究所（MPIAB）和瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)（SLU）的研究人員，基于自主搭建的水生動(dòng)物多模態(tài)（行為&形態(tài)）智能分析技術(shù)平臺(tái)（ZL202111227436.0，ZL202110235936.2，ZL202120460062.6，ZL202020951114.5，ZL202021668003.X），揭示了不同光譜的夜間人造光對(duì)斑馬魚(yú)（Danio rerio）行為的影響，闡明了該影響的代際傳遞效應(yīng)。這一研究為深刻理解光污染對(duì)水生生物的生態(tài)適應(yīng)性影響提供了新見(jiàn)解。該研究以“Behavioural and transgenerational effects of artificial light at night (ALAN) of varying spectral compositions in zebrafish (Danio rerio)”為題，近日在線發(fā)表于《Science of The Total Environment》期刊（文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.176336）。水生所與德國(guó)馬克思普朗克動(dòng)物行為研究所聯(lián)合培養(yǎng)的博士畢業(yè)生李威威為論文第一作者，水生所段明研究員為論文通訊作者。
圖3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)
為深入探討不同光譜的ALAN對(duì)斑馬魚(yú)行為的影響，研究團(tuán)隊(duì)基于上述智能分析技術(shù)平臺(tái)精確控制光譜條件，將雌性斑馬魚(yú)暴露于十種不同波長(zhǎng)的單色LED光源下，波長(zhǎng)覆蓋從紫外線365 nm到紅光660 nm，以及標(biāo)準(zhǔn)白光4500 K。實(shí)驗(yàn)持續(xù)10天，涉及對(duì)成年斑馬魚(yú)及其后代仔魚(yú)的行為分析。研究人員詳細(xì)量化了斑馬魚(yú)的多項(xiàng)行為指標(biāo)，包括：
·總游泳距離：斑馬魚(yú)在測(cè)試區(qū)中的運(yùn)動(dòng)總距離。
·區(qū)域停留時(shí)間：斑馬魚(yú)在不同測(cè)試區(qū)（如中心區(qū)center zone、轉(zhuǎn)移區(qū)transition zone和趨觸區(qū)thigmotaxis zone）中的停留時(shí)間。
·焦慮行為：如趨壁行為的持續(xù)時(shí)間。
此外，研究還測(cè)量了這些暴露雌魚(yú)的后代在正常光照條件下的移動(dòng)距離和活躍度，以探討ALAN對(duì)下一代行為的潛在影響。
研究結(jié)果表明，所有波長(zhǎng)的夜間人造光均顯著增加了個(gè)體和群體斑馬魚(yú)的趨壁行為（thigmotaxis），表現(xiàn)出明顯的焦慮效應(yīng)。但短波長(zhǎng)光（365 nm、420 nm和470 nm）的影響更為顯著（圖4,5）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，即使斑馬魚(yú)的后代從未直接暴露于ALAN下，其母代受到的光照影響仍會(huì)通過(guò)代際效應(yīng)傳遞，導(dǎo)致子代的運(yùn)動(dòng)行為發(fā)生改變（圖6）。這一跨代效應(yīng)表明，現(xiàn)代城市中的燈光秀、漁業(yè)生產(chǎn)中的燈光誘捕以及過(guò)魚(yú)設(shè)施中的燈光集誘魚(yú)等現(xiàn)代技術(shù)均可能對(duì)魚(yú)類的行為和適應(yīng)性產(chǎn)生跨代的長(zhǎng)期影響。
圖4 雌性斑馬魚(yú)個(gè)體在趨觸區(qū)的停留時(shí)間和移動(dòng)總距離隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析
圖5 雌性斑馬魚(yú)群體在趨觸區(qū)的停留時(shí)間、移動(dòng)總距離和個(gè)體間鄰距離隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析
圖6 暴露在不同光譜下的雌性斑馬魚(yú)后代的總移動(dòng)距離和活躍度
該研究得到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能傳感器”重點(diǎn)專項(xiàng)（2022YFB3206900）和“海洋農(nóng)業(yè)與淡水漁業(yè)科技創(chuàng)新”重點(diǎn)專項(xiàng)（2023YFD2400600）、中國(guó)科學(xué)院“中央級(jí)科學(xué)事業(yè)單位改善科研條件專項(xiàng)資金”科研裝備項(xiàng)目（GSZXKYZB2023019）、中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)與交叉前沿科研先導(dǎo)專項(xiàng)（B類先導(dǎo)專項(xiàng)）項(xiàng)目（XDB0730100）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（32172955）等資助。