从耳石窥探鱼类生态：科研新视角解读“鱼生”

  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？  

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。

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。

尖吻鲈鱼耳石LA-ICP-MS的打点位置（图片来源：参考文献5）

  什么是LA-ICP-MS？  

  凯来谱 

感谢海南大学宋一清副研究员为本文提供素材！

参考文献

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[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.