华盛顿大学的一项新研究表明，各类海洋动物目前已经栖息在它们能够呼吸的大部分区域。
这意味着，随着海洋变暖和氧含量下降，海洋生物可栖息的区域可能会减少。
实验室实验表明，许多海洋生物在理论上可以耐受远高于其当前所处环境的温度。但华盛顿大学海洋学教授柯蒂斯·多伊奇（Curtis Deutsch）表示，这些研究并不意味着海洋动物能够在变暖的海洋中维持其现有分布范围。
“仅靠温度无法解释动物能在海洋中的哪个位置生存。”多伊奇说，“必须考虑氧气：水中含有多少氧气、生物体吸收和利用氧气的效率如何，以及温度如何影响这些过程。”
物种特性及总体氧气水平和水温共同决定了海洋的哪些区域对不同的海洋生物而言是“可呼吸”的。
相关研究发表于《自然》也对气候变化发出了警示：由于温暖的海水含氧量较低，今天对某一物种而言可呼吸的一些海域，未来可能将不再适合。
“面对变暖，它们的活动水平将受到限制，或其栖息地将开始缩小。它们不会安然无恙地继续生存下去。”
今天的生物基本上都生活在其活动水平所需氧气供应充足的最高温度附近，因此温度升高将立即影响其获取足够氧气的能力。”多伊奇说。
“面对变暖，它们的活动水平将受到限制，或其栖息地将开始缩小。它们不会安然无恙地继续生存下去。”
温暖海洋中的幸存者
海水的氧含量和温度在不同深度上存在差异。一般而言，赤道附近的海水比极地附近较冷的海水温度更高、含氧量更低。但从海洋表层向深层海水过渡时，氧含量和温度会同时下降。
这些规律在不同深度和纬度之间形成了复杂的三维氧气与温度分布格局。生物体的解剖结构、生理机能和活动水平决定了其氧气需求、其获取和利用环境中可用氧气的效率，以及温度如何影响其耗氧需求。
多伊奇与合著者——海洋学博士生贾斯汀·彭（Justin Penn）以及南佛罗里达大学教授布拉德·赛贝尔（Brad Seibel）——希望了解，可呼吸性是否是决定当今海洋动物分布范围的限制性因素。
研究团队将全球海洋的温度和含氧量数据，与已发表的关于72个物种生理机能、耗氧需求和新陈代谢的研究相结合。这些物种分属五类海洋动物：变温脊椎动物（如鱼类及其近缘类群）、甲壳类、软体动物、环节动物以及水母及其近缘类群。
研究团队对每个物种海洋中适宜与不适宜栖息的区域进行了建模。结果表明，物种当前的分布范围通常与模型预测的适宜栖息海域相重叠。
他们的模型预测，北方对虾（一种甲壳类）在北纬约50度以北的凉爽海域应能获得足够的氧气，这一预测与该虾类目前的分布范围基本一致。小斑猫鲨可以在多种深度的温带和凉爽海域栖息，但在热带附近，只有约300英尺（约91米）以上的近表层海水是可呼吸的，这也反映在其当前的分布范围中。
在许多情况下，物种的分布范围恰好位于可呼吸性的边界，这表明对海洋动物而言，获取足够氧气的能力可能是决定其生存地点的主要限制因素，多伊奇补充道。超出该范围，生物便面临缺氧（即无法获得足够氧气）的风险。
温度、氧气与生理机能
温度既影响海水能够容纳的氧气量，也影响动物维持相同活动水平所需的氧气量。研究人员发现，可呼吸性与当前分布范围之间的重叠本已十分紧密，这表明，正如气候变化所预期的那样，长期的温度升高很可能会限制许多海洋动物的分布范围。
这项新研究延续了多伊奇团队2015年的一项研究，该研究考察了四种大西洋物种。本研究在此基础上进一步表明，所有大洋盆地中的多种物种总体上都栖息在其目前能够达到的最大分布范围内。
未来，多伊奇希望纳入更多物种，并进一步探究温度、氧气与生理机能之间的关系。
研究人员还希望找到海洋物种因水的可呼吸性而改变分布范围的历史案例，正如该团队今年早些时候以北方凤尾鱼为例所揭示的那样。
“我们真正希望找到的，是更多海洋物种依据温度条件和氧气可用性的预期而发生迁移的观测证据。”多伊奇说，“这将为我们提供确凿的实例，说明随着温度和氧气条件的波动以及因气候变化而发生的永久性变化，我们应当预期什么。”
戈登和贝蒂·摩尔基金会、美国国家海洋和大气管理局以及美国国家科学基金会资助了此项研究。
来源：华盛顿大学
