氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)熱帶珊瑚礁和沿海地區(qū)造成的壓力與日俱增。熱應(yīng)力是其中的一個(gè)因素，但來(lái)自船只的防污劑（主要來(lái)自船只擱淺）也會(huì)導(dǎo)致珊瑚礁受到嚴(yán)重污染。
有毒海洋涂料
防污漆通常是通過(guò)噴漆的方式在船體（或其他海洋人工結(jié)構(gòu)）上涂上專門(mén)的涂層，以減緩甚至防止（亞）水生生物的生長(zhǎng)。這樣做的目的是提高船舶的性能并降低成本。防污漆歷來(lái)含有大量有毒化合物，如tributyltin（禁用）和銅，對(duì)海洋生物有很大影響。被最小的生物（如浮游生物）吃掉的油漆顆粒會(huì)進(jìn)入食物鏈，并在較大的物種（如魚(yú)類）中造成生物累積。
防污劑對(duì)珊瑚礁的影響
在珊瑚礁中，人們發(fā)現(xiàn)防污劑會(huì)抑制珊瑚幼蟲(chóng)的定居和存活，而這對(duì)珊瑚礁的恢復(fù)非常重要。無(wú)毒防污劑替代品可能會(huì)降低毒性，這對(duì)珊瑚幼蟲(chóng)似乎確實(shí)如此[1]。不過(guò)，德國(guó)不來(lái)梅萊布尼茲熱帶海洋研究中心的麗莎-羅普克（Lisa Roepke）關(guān)注到Acropora millepora珊瑚幼蟲(chóng)在接觸這些潛在無(wú)毒制劑時(shí)的行為反應(yīng)，如移動(dòng)性、游動(dòng)活動(dòng)。
如果珊瑚幼蟲(chóng)的移動(dòng)能力受到任何影響，那么其他功能反應(yīng)，如棲息地選擇、攝食、躲避捕食者、競(jìng)爭(zhēng)和繁殖也會(huì)受到威脅，會(huì)降低珊瑚幼蟲(chóng)的適應(yīng)能力和存活率。因此，對(duì)行為進(jìn)行測(cè)量非常重要，使用可對(duì)行為進(jìn)行自動(dòng)和定量測(cè)量的創(chuàng)新工具，可極大地補(bǔ)充生態(tài)毒理學(xué)研究。
Roepke對(duì)珊瑚幼蟲(chóng)的實(shí)驗(yàn)研究
基于上述，Roepke的研究集中在三種不同的涂層對(duì)Acropora millepora珊瑚幼蟲(chóng)的行為影響分析[2]。每個(gè)暴露組有32只幼蟲(chóng)，在暗箱中記錄25分鐘，同時(shí)使用諾達(dá)思的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)進(jìn)行跟蹤分析。觀察珊瑚幼蟲(chóng)在4 x 4厘米的三種不同涂層瓷磚上的活動(dòng)行為，三種涂層分別為：(1) 抗粘涂層；(2) DCOIT涂層；(3) CeO2納米粒子涂層。
暗箱記錄裝置
實(shí)驗(yàn)裝置
在實(shí)驗(yàn)中拍攝了珊瑚幼蟲(chóng)在三種涂層和未涂涂層（對(duì)照組）的瓷磚上自由移動(dòng)的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)前，所有瓷磚都用新鮮的天然海水沖洗，以避免表面受到顆粒污染。然后將內(nèi)徑為15毫米的硅膠密封環(huán)放在瓷磚上，并注入新鮮的過(guò)濾天然海水，形成小“水池"，使瓷磚上的幼蟲(chóng)保持在涂層上方（圖 1）。
圖1 攝像頭下的瓷磚設(shè)置。(A)瓷磚設(shè)置的實(shí)際圖像（此處是DCOIT） (B)包括珊瑚幼蟲(chóng)(a) 硅膠密封環(huán)(b)瓷磚(c)。
每個(gè)瓷磚上放置兩個(gè)硅膠密封環(huán)，每個(gè)硅膠圈放置一只13天大的幼蟲(chóng)。四塊瓷磚，每種處理一塊，安排在同一時(shí)間由一臺(tái)攝像機(jī)拍攝。每次拍攝包括兩組4塊瓷磚（每種處理一塊瓷磚），每組由一臺(tái)攝像機(jī)拍攝。這樣，每次拍攝共有兩臺(tái)攝像機(jī)和8塊瓷磚（每次測(cè)試 2塊瓷磚）（圖2）。通過(guò)進(jìn)行八次拍攝，每次28分鐘，記錄每種處理的32只幼蟲(chóng)的活動(dòng)軌跡。
圖2 拍攝裝置，包括兩臺(tái)攝像機(jī)(a)、燈條(b)、光源臺(tái)(c)、瓷磚(d)、兩組瓷磚設(shè)置(e)和暗箱(f)。4種瓷磚顏色在概念上分別代表4種測(cè)試類型（對(duì)照組、DCOIT、抗粘和CeO2納米粒子涂層）的瓷磚。
每段視頻的前兩分鐘和后一分鐘都被剪切，以獲得時(shí)長(zhǎng)為 25 分鐘的片段。這一過(guò)程消除了相機(jī)操作可能造成的影響，確保了視頻質(zhì)量的穩(wěn)定性，并讓幼蟲(chóng)有幾分鐘的適應(yīng)時(shí)間。使用諾達(dá)思的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)對(duì)拍攝到的珊瑚幼蟲(chóng)活動(dòng)進(jìn)行追蹤。
結(jié)果
游動(dòng)速度
結(jié)果顯示，珊瑚幼蟲(chóng)的游動(dòng)速度在不同涂層之間存在差異。珊瑚幼蟲(chóng)在對(duì)照組瓷磚上的平均移動(dòng)速度明顯快于其他涂層瓷磚。其中，DCOIT涂層瓷磚上的幼蟲(chóng)游速又低于抗粘劑涂層瓷磚和納米顆粒涂層瓷磚。
游動(dòng)活動(dòng)
幼蟲(chóng)活動(dòng)（移動(dòng)與不動(dòng)的時(shí)間）在不同涂層之間也有顯著差異，其模式與游動(dòng)速度類似。對(duì)照組瓷磚上的幼蟲(chóng)大部分時(shí)間都在移動(dòng)，其移動(dòng)速度明顯高于抗粘涂層瓷磚、CeO2納米粒子涂層瓷磚和DCOIT涂層瓷磚。在涂有DCOIT的瓷磚上，幼蟲(chóng)主要處于靜止?fàn)顟B(tài)。
Acropora millepora珊瑚幼蟲(chóng)的游動(dòng)速度和游動(dòng)活動(dòng)結(jié)果顯示，發(fā)現(xiàn)在接觸三種涂層的過(guò)程中，幼蟲(chóng)的活動(dòng)能力都大大降低，其中一種處理的平均游泳速度比對(duì)照組降低了2倍。在DCOIT的組別中，活動(dòng)和速度幾乎降為零。
總結(jié)
本研究中測(cè)量的涂層最初被認(rèn)為是無(wú)毒的，因此不會(huì)造成死亡或影響珊瑚幼體的健康。然而，當(dāng)這些涂層在自然海水中未經(jīng)預(yù)處理就直接使用時(shí)，它們似乎確實(shí)會(huì)影響與生態(tài)相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)對(duì) Acropora millepora珊瑚幼蟲(chóng)的行為生態(tài)毒理學(xué)研究結(jié)果表明，三種涂層會(huì)顯著影響幼蟲(chóng)的游動(dòng)速度和活動(dòng)，只是程度不同而已。DCOIT涂層對(duì)幼蟲(chóng)影響最大，游速和活動(dòng)幾乎為零。與對(duì)照組相比，暴露于抗粘涂層和CeO2納米粒子涂層瓷磚的幼蟲(chóng)的游泳速度和活動(dòng)能力明顯降低。
研究者提出，涂層對(duì)幼蟲(chóng)活動(dòng)能力的影響有三種解釋：涂層涂在物品物理表面的地形可能導(dǎo)致幼蟲(chóng)移動(dòng)速度更慢；防污處理與幼蟲(chóng)發(fā)生了生物化學(xué)作用；涂層對(duì)幼蟲(chóng)有潛在的毒性作用；或者這些作用的某些組合。在使用這些涂層之前，有必要進(jìn)一步了解其對(duì)水生動(dòng)物的影響。
參考文獻(xiàn)
l Roepke, Lisa K.; Brefeld, David; Soltmann, Ulrich; Randall, Carly J.; Negri, Andrew P.; Kunzmann, Andreas (2022). Antifouling coatings can reduce algal growth while preserving coral settlement. Sci. Reports 2022 121, 12 (1), 1–14
l Roepke, Lisa K.; Brefeld, David; Soltmann, Ulrich; Randall, Carly J.; Negri, Andrew P.; Kunzmann, Andreas (2022). Applying behavioral studies to the ecotoxicology of corals: A case study on Acropora millepora. Front. Mar. Sci., 9, 2458
關(guān)注諾達(dá)思公眾號(hào)，聯(lián)系我們獲取更多產(chǎn)品信息及學(xué)術(shù)文章！
