《Scientific Reports》：Dietary thiaminase alters morphology and decreases swimming performance of lake trout (Salvelinus namaycush)
编辑推荐：
本研究针对湖鳟（Salvelinus namaycush）再引入计划中因摄食含硫胺素酶（thiaminase）饵料鱼导致的硫胺素（维生素B1）缺乏问题，通过比较饲喂硫胺素酶实验饲料与对照饲料的Seneca Lake和Slate Islands两种品系湖鳟，发现硫胺素酶显著降低了湖鳟的临界游泳速度（Ucrit），改变了其体色（增加黄色色素沉着）和体型（减小背腹深度）。研究为湖鳟种群恢复的品系选择提供了重要科学依据。
在北美五大湖区域，曾经繁盛的湖鳟（Salvelinus namaycush）种群因过度捕捞和环境变化而几近绝迹，大规模的再引入计划随之展开。然而，一个潜在的“隐形杀手”正威胁着这些放流幼鱼的生存，那就是硫胺素缺乏症。其罪魁祸首是湖鳟偏爱的两种外来饵料鱼——彩虹 smelt（Osmerus mordax）和灰西鲱（Alosa pseudoharengus），它们体内富含一种名为硫胺素酶（thiaminase）的物质。这种酶能在鱼类胃中分解其必需的营养素——硫胺素（维生素B1），从而导致一系列健康问题。已知硫胺素缺乏会导致鱼类胚胎死亡和繁殖失败，但它对幼鱼的关键生存技能——如游泳能力、体色（与环境融合以躲避天敌）和体型（影响流体动力学效率）——有何影响，却知之甚少。更令人好奇的是，不同湖鳟品系因其祖辈栖息地饵料鱼组成不同（例如，Seneca Lake历史上灰西鲱丰富，而Slate Islands则较少），可能对硫胺素酶胁迫产生了不同的耐受性。弄清这些问题，对于选择更具生存潜力的品系进行放流，从而提升湖鳟种群恢复的成功率至关重要。为此，研究人员在《Scientific Reports》上发表了他们的最新发现。
为了回答上述问题，研究人员设计了一项严谨的共同花园实验。他们选取了具有不同硫胺素酶暴露历史的两个湖鳟品系（Seneca Lake品系和Slate Islands品系）的幼鱼，在相同环境下分别饲喂添加了来自Paenibacillus thiaminolyticus细菌的硫胺素酶的实验饲料或不含该酶的对照饲料，持续260天。研究主要运用了临界游泳速度（Ucrit）测试来评估游泳性能，利用几何形态计量学（基于薄板样条分析）分析身体形态，并通过数字图像分析（使用ImageJ软件并转换到LAB色彩空间）量化皮肤色素沉着。统计分析采用线性混合效应模型和广义线性混合模型，以检验饲料类型、品系及其交互作用对各项指标的影响。
研究结果
生长指标： 与对照饲料相比，摄食硫胺素酶饲料的湖鳟，无论其品系为何，在实验末期均表现出显著更低的体重、体长和特定生长率。这表明硫胺素酶抑制了湖鳟的生长。
临界游泳速度（Ucrit）： 游泳性能测试揭示了硫胺素酶的负面影响。摄食硫胺素酶饲料的湖鳟，其临界游泳速度显著低于摄食对照饲料的个体。体型较大的鱼通常游得更快，但在排除了体长影响后，硫胺素酶的负面效应依然显著且稳定存在于两个品系中。这意味着，即使是在相同体型下，硫胺素缺乏的湖鳟也显得“力不从心”。
力竭后恢复概率： 令人略感意外的是，在完成极限游泳测试后，湖鳟从力竭状态恢复的概率并未因饲料不同而呈现显著差异。不过，Slate Islands品系的湖鳟总体上表现出比Seneca Lake品系更高的恢复概率。
形态学变化： 通过精细的形态学分析发现，硫胺素酶饲料使湖鳟的身体形状发生了改变。这些鱼表现出更浅的背腹深度和更不弯曲的侧向体型（通过形态学主成分1反映）。这种体型变化可能与观察到的生长减缓导致的身体状况下降有关，并可能影响其在野外的流体动力学效率和应对捕食者的能力。
体色（色素沉着）变化： 硫胺素酶摄入显著改变了湖鳟的体色。摄食硫胺素酶饲料的鱼，其身体侧部、腹部、尾柄和尾鳍区域表现出更明显的黄色调（通过色彩主成分2反映）。这种变化可能与硫胺素缺乏可能引发的肝功能异常（如黄疸）有关。此外，在红色色素沉着方面（通过色彩主成分3反映），发现了品系与饲料间的交互作用：Seneca Lake品系的鱼在摄食硫胺素酶饲料后，其尾部和鳍部的红色调减少（显得更绿）；而Slate Islands品系的鱼则未表现出此种因饲料引起的红色调显著变化。
结论与意义
本研究证实，膳食来源的硫胺素酶会对幼年湖鳟的关键生存性状产生广泛的负面影响，包括降低其巡航捕食和躲避天敌所依赖的游泳能力，改变其伪装和求偶可能涉及的体色，以及导致可能增加被捕食风险的体型变化。这些亚致死效应很可能显著降低湖鳟在自然水域，尤其是在像安大略湖这样存在高硫胺素酶饵料鱼的压力环境下的生存几率。
尽管历史推测认为，长期暴露于高硫胺素酶饵料鱼的Seneca Lake品系可能通过本地适应而具有更高的耐受性，但本研究的结果在很大程度上挑战了这一假设。除了在红色色素沉着变化上存在品系特异性反应外，硫胺素酶对游泳性能、体型和黄色色素沉着的负面影响在两个品系间是相似的。相反，Slate Islands品系在力竭后表现出更好的恢复能力，这或许暗示了其在应对硫胺素缺乏相关应激方面具有某种优势。
因此，这项研究强调，在制定湖鳟恢复计划时，不能简单依据历史暴露史来预判品系的适应性。Slate Islands品系可能在某些方面（如恢复能力）表现出应对硫胺素酶胁迫的潜力。研究结果为湖鳟，乃至其他受硫胺素缺乏威胁的鲑科鱼类的保护管理提供了重要的科学依据，指出在选择放流品系时，需要综合评估其对硫胺素缺乏的多方面生理和形态响应。未来的研究可进一步探索这些表型变化背后的分子和生理机制，以及它们如何最终影响个体的适合度与种群存续。
