《Water Biology and Security》：Differences in temperature-dependent performance curves of the Endangered
Brachymystax tsinlingensis and its prey
Phoxinus lagowskii in a vulnerable stream ecosystem
编辑推荐：
本研究聚焦气候变化对淡水鱼类种间关系的潜在影响。针对濒危物种秦岭细鳞鲑(Brachymystax tsinlingensis)与其主要猎物拉氏鱥(Phoxinus lagowskii)，研究人员系统评估了温度(6-22 °C)对其生理性能的差异性效应。结果表明，升温导致捕食者死亡率显著升高，其游泳性能(Ucrit)、有氧代谢范围(AS)等关键指标劣于猎物，揭示了气候变暖可能通过改变种间生理性能平衡而加剧濒危物种的脆弱性，为流域生物多样性保护提供了重要科学依据。
在全球气候变暖的背景下，淡水生态系统因其独特的封闭性和物种有限的扩散能力，成为受威胁最为严重的系统之一。作为变温动物，淡水鱼类的生理过程和行为表现强烈依赖于水温，这使得它们成为研究气候变化影响的理想指示生物。然而，当前的研究多集中于单一物种的响应，而忽略了物种之间相互关系的动态变化，特别是捕食者与猎物这类对生态系统结构有关键作用的种间关系。这种关系的失衡可能引发连锁反应，进而影响整个生态系统的稳定性和功能。位于中国南北地理分界线上的秦岭山脉，是全球生物多样性热点区域，其溪流生态系统被视为对环境变化敏感的“哨兵系统”。在这里，栖息着一种珍贵的濒危鱼类——秦岭细鳞鲑（Brachymystax tsinlingensis），它是鲑科鱼类在北半球分布的最南缘之一，是第四纪冰川的孑遗物种，对寒冷水域有特殊的适应性。近年来，观测数据显示其分布的最低海拔已从900米上升至1200米，这很可能与气候变暖导致低海拔地区水温升高有关。作为溪流生态系统中的顶级捕食者，秦岭细鳞鲑的主要食物来源是同样生活于此的拉氏鱥（Phoxinus lagowskii）。这两种鱼构成了一个典型的捕食者-猎物模型，为探究气候变化如何通过影响生理性能来改变种间动态提供了绝佳的研究对象。研究人员预测，气候变暖将对这两种生态关联物种的温度依赖性性能曲线产生差异化影响，从而可能加剧本已濒危的秦岭细鳞鲑的生存压力。这项研究发表在《Water Biology and Security》期刊上。
为了验证这一假设，研究团队开展了一项系统的生理生态学实验。他们从秦岭山脉石头河白云支流的生态池中采集了体型相近的野生秦岭细鳞鲑和拉氏鱥，并在野外实验站进行驯化。实验设置了5个温度梯度（6、10、14、18和22°C），将鱼类在不同温度下驯养两周后，利用游泳隧道呼吸测量仪（Brett-type swimming tunnel respirometer）评估了鱼类的临界游泳速度（Ucrit），并同步测量了其氧气消耗速率。基于这些数据，研究人员计算了标准代谢率（SMR，Standard Metabolic Rate）、最大代谢率（MMR，Maximum Metabolic Rate）、有氧代谢范围（AS，Aerobic Scope）以及能量消耗成本（COT，Cost of Transport）等关键生理指标。通过广义加性模型（GAMs）等统计方法，分析了温度和物种及其交互作用对这些指标的影响，并绘制了温度性能曲线，计算了最适温度（Topt）、不适温度（Tpejus）以及预测的临界 thermal 极限（CTmin和 CTmax）等参数。
研究结果
1. 生存率
温度显著影响了秦岭细鳞鲑的生存，在18°C和22°C条件下，其死亡率分别达到25%和100%。相比之下，拉氏鱥在所有温度处理下均未出现死亡。这表明秦岭细鳞鲑对高温的耐受性远低于其猎物，当前夏季的高温已可能对其生存构成直接威胁。
2. 游泳性能
临界游泳速度（Ucrit）和相对临界游泳速度（rUcrit）均表现出明显的温度依赖性。秦岭细鳞鲑的Ucrit最适温度（TU-max）为12.25°C，而拉氏鱥的为16.11°C。更重要的是，两种鱼类Ucrit性能曲线的交叉点（TU-cross）出现在16.88°C。当温度高于此交叉点时，捕食者秦岭细鳞鲑的游泳性能将劣于其猎物拉氏鱥，这预示着在变暖的环境中，捕食者的捕食效率可能下降。
3. 代谢特征
标准代谢率（SMR）随温度升高而增加，且秦岭细鳞鲑的SMR始终高于拉氏鱥。最大代谢率（MMR）和有氧代谢范围（AS）则呈现先升后降的单峰型曲线。秦岭细鳞鲑的AS最适温度（Topt）为11.74°C，而拉氏鱥的为17.57°C。两种鱼类AS性能曲线的交叉点（TAS-cross，16.07°C）与游泳性能的交叉点非常接近。此外，秦岭细鳞鲑的预测临界高温（CTmax，21.54°C）远低于拉氏鱥（33.60°C），其最适温度窗口（Toptwindow，6.20°C）和预测临界温度范围（Predicted Tcritrange，19.60°C）也显著窄于拉氏鱥（10.13°C和32.05°C）。
4. 能量消耗
氧气消耗速率（M?O2）随游泳速度增加而上升，但在高温下增速趋缓。能量消耗成本（COT）通常随游泳速度先降后升，除在低温高速游泳等特定情况外，秦岭细鳞鲑的COT普遍高于拉氏鱥，表明其游泳效率相对较低，在高温下维持活动需要消耗更多能量。
研究结论与意义
本研究发现，作为捕食者的濒危物种秦岭细鳞鲑与其猎物拉氏鱥在温度依赖性生理性能曲线上存在显著差异。秦岭细鳞鲑对高温更为敏感，表现为更高的死亡率、更低的游泳性能和更窄的有氧代谢范围。其生理功能的各项最适温度均低于拉氏鱥，且预测的耐热极限也远低于后者。当环境温度超过约16°C这一关键阈值时，捕食者在游泳能力和可用能量（AS）方面都将处于劣势。
这项研究的重要意义在于，它首次系统地从生理生态学角度揭示了气候变暖如何通过差异化影响捕食者与猎物的生理性能，进而可能破坏溪流生态系统中稳定的种间关系。研究结果强调，当前的气候变暖趋势不仅直接威胁着濒危物种秦岭细鳞鲑的生存（例如夏季高温已超过其耐受范围），还可能通过改变其与猎物的相对优势，间接加剧其灭绝风险。这为理解气候变化对群落水平的影响提供了新的视角，突显了在保护生物学中考虑种间相互作用的重要性。研究成果为秦岭这一敏感区域的淡水鱼类保护，特别是对濒危物种秦岭细鳞鲑的针对性保护措施（如保护热避难所、评估栖息地连通性等）提供了关键的科学依据，并对预测和应对全球气候变化下脆弱生态系统的演变具有重要的启示意义。
