阳光照射对牡蛎壳腐蚀及补偿性钙化作用的影响：这一因素干扰了沿海酸化反应的响应 大卫·J·马歇尔（David J. Marshall） 娜塔莎·凯鲁尔（Natasha Khairul） 纳齐拉图尔·赛亚齐亚·亚赫亚（Naziratul Syaziyah Yahya） 诺拉齐玛·杜拉曼（Norazimah Duraman） 詹姆斯·R·詹宁斯（James R. Jennings）

《Oceans》：Strong Effects of Sun Exposure on Oyster Shell Corrosion and Compensatory Calcification: A Factor Confounding Coastal Acidification Responses David J. Marshall, Natasha Khairul, Naziratul Syaziyah Yahya, Norazimah Duraman and James R. Jennings

　　摘要 由于对海洋环境酸化的关注日益增加，钙 carbonate 结构在海洋生物（骨骼和壳）中的动态变得越来越重要。关于软体动物壳体在酸化作用下的腐蚀和钙化过程的研究通常在实验室控制的环境中进行，这往往忽略了自然环境中存在的复杂相互作用。栖息在潮间带的软体动物特别容易受到潮汐循环引起的加热、冷却、湿润和干燥等强烈影响，而在暴露于空气中的时期，太阳辐射会加剧这种影响。我们研究了太阳辐射（太阳能加热）对热带牡蛎 Saccostrea scyphophilla 外壳腐蚀和内壳补偿性钙化的影响。我们比较了来自阳光暴露和遮荫生境的相邻种群的牡蛎的壳体特性。使用 iButtons 测量了生境温度，并量化了右侧壳瓣的腐蚀情况。通过测量壳体厚度、密度、压缩强度和矿物学特性来评估补偿性钙化。研究结果表明，暴露在阳光下的牡蛎由于经历全局辐照、更高的温度峰值以及更宽的日温差（平均温度升高 10°C），其外壳表面腐蚀程度显著高于仅暴露于散射辐照的遮荫牡蛎（31%）。阳光暴露的牡蛎外壳中部和闭壳肌周围也变得更厚，且强度略有增加，表明其对外壳损失的补偿作用。这些发现强调了在基于实验室海洋酸化实验解释软体动物壳体动态时需要谨慎，因为这些实验未能考虑影响壳体形成和溶解的许多自然环境因素。

1. 引言
许多沿海海洋环境因工业化和城市发展而酸化，同时自然因素如河口酸化（浮游生物产生的二氧化碳增加和酸化地下水渗透）也会导致酸化 [1,2,3,4,5,6]。近年来，由于大气中二氧化碳浓度升高对全球海洋表层水的影响，即所谓的海洋酸化（OA），关于海洋环境酸化的研究受到了重视 [7,8]。海洋表层水化学成分的变化，特别是 H+ 和 HCO3? 离子浓度的增加以及 CO3?2 浓度的降低，会扰乱海洋生物的正常功能及生态系统的运作 [9,10]。形成壳或骨骼的钙化生物尤其受到影响，表现为钙化速率降低（壳层沉积减少）和/或被动壳层溶解速率增加（外壳层丢失） [11,12,13]。因此，在模拟 2100 年预期 OA 条件的实验室控制实验中，经常观察到软体动物壳层变薄 [14,15]。较薄的壳层会降低移动能力，使它们更容易受到捕食者的攻击，并可能降低生物体的适应性，从而导致种群数量下降和生态系统功能变化 [12,16,17]。然而，实验室实验忽略了多种相互作用的自然非生物和生物因素，这些因素会影响壳层的钙化动态。例如，此类实验很少考虑波浪作用以及热带沿海和潮间带生态系统特有的温度和盐度变化对壳层风化的影响。此外，实验室酸化研究通常是短期的，无法涵盖生物体对环境变化的终生响应 [21]。野外研究有助于更好地理解多因素相互作用，并提供机会来比较和验证实验室对海洋酸化的响应 [6,22,23]。与蓝色海洋生态系统相比，沿海生态系统经历了高度变化的非生物条件（温度、盐度、浊度和 pH 值）[1,4,12,24,25,26]。在潮间带生态系统中，空气暴露是主要的环境压力源，生物体会在此期间受到直接太阳辐射的影响，这通常会在潮汐浸没海水期间的冷却和湿润阶段加速加热和干燥过程。这些条件会促进碳酸钙壳层的物理风化（或腐蚀），并与酸化海水中壳层的化学分解同时发生。潮间带软体动物演化出了对抗这些环境力量的机制，以保持壳层完整性，包括形成更厚的有机外层壳膜、增加壳层蛋白质含量、构建更致密的壳层，并调整矿物组成，使壳层中更耐酸的方解石比例高于文石 [27,28,29,30,31,32,33,34,35,36]。然而，不同软体动物物种抵抗壳层腐蚀和溶解的机制和能力差异很大 [24,36,37]。尽管牡蛎外壳含有高比例的方解石 [37]，但它们仍然容易发生腐蚀。牡蛎通常出现在阳光暴露的岩石表面，尽管有时也会栖息在阴暗的裂缝和岩石下方，但关于栖息地对它们壳层动态的影响知之甚少。亚洲牡蛎（以前称为 Saccostrea mordax，最近确认为 S. scyphophilla）在文莱海岸线形成了广阔的礁石群，它们既存在于阳光暴露的表面，也存在于遮荫的表面 [38,39,40]。这些情况便于比较阳光暴露和遮荫环境中牡蛎的壳层特性，从而在所有其他自然环境因素相同的情况下评估太阳辐射的影响。

软体动物壳体对环境条件的响应方式复杂，可以简单地分为三类：(1) 外壳腐蚀（包括溶解），(2) 生长边缘的壳层钙化，以及 (3) 内壳增厚 [24,41,42,43]。在早期生长区域发生的与生长相关的次级内壳钙化过程，在短期实验室酸化实验中常常被忽视。任何壳层区域的增厚能力对于修复损伤（如捕食失败）以及在外壳丢失后维持适当的壳层厚度（包括因腐蚀或溶解导致的）非常重要 [24,35,42,43]。许多实验室控制的酸化研究仅测量生长边缘的壳层厚度，这不仅混淆了同时发生的溶解和钙化过程，还排除了与终生壳层维护相关的深层补偿性壳层生成 [24,42]。另一方面，野外研究提供了捕捉这种终生响应的机会 [24]。本研究旨在评估太阳辐射对 Saccostrea scyphophilla 壳层动态的影响。通过自然野外实验，我们比较了阳光暴露和遮荫牡蛎的壳层动态，确定了 (1) 生境温度条件，(2) 壳层腐蚀的模式和程度，以及 (3) 补偿性钙化的特性，包括壳层厚度、密度、强度和方解石-文石含量。我们假设太阳辐射显著影响潮间带软体动物的壳层动态，这是解释生物对环境酸化反应时的一个混淆因素。

2. 材料与方法
2.1. 研究地点和生境温度
研究在文莱 Empire Beach 的自然岩石海岸和 Tungku Beach 的人工海岸两个地点进行。每个地点选择了两个样本点，总共四个地点，分别代表阳光暴露（全局辐照=直射和散射太阳辐射）和遮荫微生境（仅散射辐射）：地点 A（4°58′06.4″ N 114°51′21.1″ E），地点 B（4°58′07.6″ N 114°51′20.2″ E），地点 C（4°58′13.2″ N 114°52′00.7″ E），以及地点 D（4°58′16.7″ N 114°51′53.8″ E）（图 1）。这些地点相距数公里，生境之间的距离小于 1 米。图 1. (a,b) 显示采样地点位置的地图和卫星图像（标记为 A、B、C 和 D）。(c) Saccostrea scyphophilla 牡蛎右侧（上方）壳瓣的外表面。(d) 牡蛎内表面，显示铰链韧带 (h) 和肌肉疤痕 (ms) 的位置。壳层厚度在中心 (c)、肌肉疤痕 (ms) 和壳缘 (l) 处进行测量。壳层高度作为曲率的指标，在 (e) 中表示为包括表面板的高度，在 B 中仅表示表面板的厚度。阳光暴露和遮荫生境之间的太阳辐照量存在根本差异。阳光暴露的生境经历全局辐照（直射和散射辐射），而遮荫生境仅经历散射辐射，这种辐射在热带中午时约为全局辐照量的 10–20%。散射光和直射光的能量谱分布也不同。由于紫外线的波长较短，其散射程度更强，因此遮荫区域的紫外线强度仅为未遮荫区域的 40–60%。先前对当地岩石海岸生境的研究确定了阳光暴露表面的平均全局太阳辐照量（1084.93 W·m?2，持续 2 小时）及其与生境温度 (Te) 的关系 [44]。在本研究中，我们使用温度记录器（Thermochron iButtons，Analog Devices Inc., Wilmington, MA, USA）测量了牡蛎生境中的温度。这些记录器用硅胶粘在牡蛎旁边的岩石表面上，并用白色塑料瓶盖覆盖以防止金属表面受到太阳辐射加热。温度每 10 分钟记录一次，持续 13 天，包括较冷的季节（2024 年 11 月）和较暖和的季节（2025 年 5 月和 6 月；见表 S1）。构建了每日温度曲线（从 6 点开始），并比较了不同生境类型的最高和最低温度以及温差。

文莱南海岸线由于地下水高度局部渗透而酸化，特别是在低潮时，池塘与海水隔离时这种现象更为明显 [2,6,25,36,45]。然而，Saccostrea scyphophilla 礁石群位于池塘上方的潮间带，在潮汐淹没期间，它们只接触到pH值约为 8.3、盐度约为 33 psu 和钙含量约为 350 ppm 的海水 [2,24,36]。当地海洋水体中的 Ωcal 和 Ωara 值分别为约 5.06 和约 3.37 [46]。

2.2. 采样和壳层大小
从每个地点-生境组合中随机收集了 25 只牡蛎，共计 200 只牡蛎。遗传学研究已确认所有牡蛎均为 Saccostrea scyphophilla [Lee 等人，准备中，参考文献 [38,39]）。样品被带回实验室并在 -20°C 下保存待进一步研究。随后用锤子和平头螺丝刀打开牡蛎，取出右侧（上方）壳瓣进行进一步检查。清洗壳瓣以去除表面碎片、沉积物、有机物和附生物，然后放入 Memmert UFE 500 烘箱（Memmert GmbH & Co. KG, Schwabach, Germany）中，在 70°C 下干燥 24 小时。之后对壳瓣的两面进行拍照，并使用 Olympus CenSens（Standard Version v4.3）数字软件进行测量。我们旨在收集大小相似的壳瓣以验证壳层腐蚀结果，因为大小与生长和年龄有关，而较老的壳瓣暴露在环境条件下的时间更长。使用两种方法评估大小：铰链长度 (h)，这是一种保守的生长估计方法；以及总壳面积 (SA)，这是一种更动态的生长估计方法（图 1）。使用带有对数链接函数的广义线性模型 (GLM) 对不同生境类型（阳光或遮荫）的壳层大小进行了比较。本研究中的所有统计分析均使用 Statistica Ver. 12（StatSoft GmbH, Hamburg, Germany）进行。

2.3. 壳层腐蚀——描述、量化和反射率
根据壳层表面的腐蚀模式，包括肋状结构、横向生长层和色素沉着（图 2），我们区分了三种形态类型。这些类型是量化壳层腐蚀的基础。图 2. 牡蛎壳层腐蚀的判定。区分了三种腐蚀程度：(a–c) 第 1 类，0% 腐蚀；(d–f) 第 2 类，1–99% 腐蚀；(g,i) 第 3 类（100% 腐蚀）。(h) 在第 2 类图像上放置一个网格以确定表面腐蚀百分比，根据变色和纹理（红色标记 = 腐蚀细胞，黄色标记 = 未腐蚀细胞）来计算。(c) 第 1 类的中间壳层，显示结构良好的生长层 (gl) 和纵向肋状结构。(f) 第 2 类壳层，显示出生长层 (gl) 的丢失以及从壳缘延伸到中间壳层的色素沉着纵向肋状结构 (lr)；中间壳层更严重的腐蚀暴露出棕色的蛋白质层 (pl)。(i) 第 3 类壳层，显示出严重的腐蚀，腐蚀延伸到壳缘，以及边缘处的腐蚀纵向肋状结构和生长层。h 表示最老壳层中的铰链韧带；ber 表示第 1 类生物侵蚀的中间壳层。图A1和图A2显示了生长中的贝壳边缘的更高放大倍率以及壳素层的细节。1型贝壳没有腐蚀（0%）。它们颜色深沉，具有清晰定义的纵向肋纹（或条纹）和从贝壳边缘延伸到铰链韧带的生长层状结构（图2a–c）。2型贝壳的腐蚀程度不一（1–99%）。它们的表面有不同程度的肋纹腐蚀和色素沉着，但通常观察不到生长层状结构。在腐蚀较严重且未染色的较老贝壳区域，常常会暴露出一层棕色的蛋白质层（壳素）（图2d–f、图A1和图A2）。3型贝壳在整个贝壳表面都完全腐蚀（100%），导致颜色变浅。这些贝壳有明显的凹陷，肋纹完全消失，形成了从贝壳唇部到铰链韧带的平滑表面（图2g,i、图A1和图A2）。

对于2型贝壳，通过基于网格的方法来确定其腐蚀程度。使用在线工具（https://www.photomultitool.com/grid，访问日期为2025年2月17日；图2h）将贝壳表面图像与一个12×15的网格重叠，然后将腐蚀细胞数量除以总细胞数量并乘以100来计算腐蚀百分比。当贝壳占据细胞面积的50%以上，并且细胞中有超过50%的区域发生腐蚀时，会对腐蚀、表面纹理（层状结构和肋纹）的丧失以及色素沉着进行评分（图2h）。使用一般线性混合模型（GLMM）测试了位置和栖息地对贝壳腐蚀的影响，其中位置是一个随机效应。第二次分析仅考虑了栖息地的效应，该分析基于Kolmogorov–Smirnov检验。

使用配备积分球的UV-Vis-NIR分光光度计（岛津UV-2600i，岛津公司，日本京都）在185–1400纳米的波长范围内记录了日晒和阴凉贝壳外表面的漫反射光谱。使用压紧的硫酸钡粉末圆盘作为反射标准。从每个栖息地中选取了三个贝壳，每个贝壳分别用夹具破坏以获取上部（铰链区）、中部（中心）和下部（唇部）的碎片进行测量。贝壳被压在积分球的输入端口（70毫米×70毫米）上，使外表面朝向内部。

2.4. 贝壳厚度、密度和强度
我们通过贝壳的厚度、密度和强度来评估其内部补偿性生长（钙化）情况。从每个栖息地中随机选取20个贝壳（代表1型（0%腐蚀）和3型（100%腐蚀）贝壳）来确定贝壳厚度。使用精度为0.001毫米的数字千分尺在三个贝壳区域（唇部、中心和肌肉疤痕）测量贝壳厚度。最终记录的厚度是基于三次读数的平均值。

如上所述，使用相同的干贝壳进行了压缩强度测试。首先轻轻打磨边缘以确保与表面良好接触。压缩速度为3毫米/分钟（LLOYD Instruments LS100plus通用测试机，AMTEK，英国Bognor Regis）。每个贝壳的外表面朝上放置在压缩板上。最大断裂点被确定为在贝壳中部将其破坏的峰值力（牛顿）。数据使用Nexygen软件（v4.5.1第3版）进行校正和分析。

3.1. 栖息地温度
暴露在阳光下的牡蛎经历的日最高温度和温度范围远高于阴凉处的牡蛎。阳光下的平均日最高温度比阴凉处高出约10°C（p < 0.025；图3a,b；表1）。尽管阴凉处的平均最低栖息地温度（26.1°C）高于阳光下的栖息地温度，这可能是由于阴凉处的环境更为封闭，但这种差异并不显著（p > 0.1；图3a,b；表1）。阴凉处的平均日最高温度接近斯蒂文森屏幕记录的 regional 环境温度。阳光下的栖息地平均日温度范围受日最高温度（43.4°C）的影响，也比阴凉处高出约10°C（p < 0.025；图3；表1）。栖息地之间的温度差异受到日光照射的影响，在潮汐浸没期间，两种栖息地的温度都稳定在约30°C（图3c）。日间的太阳加热速度快（2.9°C/小时），导致阳光下的贝壳在潮汐露出时迅速完全干燥，而阴凉处的贝壳在整个潮汐暴露期间通常保持湿润。

2.5. 贝壳结晶
为了评估阳光下的贝壳和阴凉处的贝壳在结晶方面的差异，分析了从粉末状态下获得的X射线衍射（XRD）图样，以估算文石/方解石含量、晶格参数以及方解石晶粒大小和微观应变。从每种栖息地类型中选取了三个贝壳，分别将其分为上部（铰链区）、中部（中心）和下部（唇部），然后使用锤子将其破碎。每个部分再用玛瑙研钵和杵研磨成细粉，直到达到均匀的颗粒大小。使用台式X射线衍射仪（Malvern PANalytical Aeris Research Edition，英国Worcestershire）和PANalytical HighScore Plus 5.2版通过Rietveld法对粉末样品的XRD图样进行分析。在精炼样品之前，首先在相同的仪器条件下测量了宏观结晶硅标准样品，以确定仪器对峰宽的贡献。结构模型基于Crystallography Open Database中的数据。

3.1. 栖息地温度
暴露在阳光下的牡蛎经历的日最高温度和温度范围远高于阴凉处的牡蛎。阳光下的平均日最高温度比阴凉处高约10°C（p < 0.025；图3a,b；表1）。虽然阴凉处的平均最低栖息地温度（26.1°C）高于阳光下的栖息地温度，可能是因为阴凉处的环境更为封闭，但这种差异并不显著（p > 0.1；图3a,b；表1）。阴凉处的平均日最高温度接近斯蒂文森屏幕记录的区域环境空气温度。阳光下的栖息地的平均日温度范围也受到日最高温度的影响，约为30°C，也比阴凉处高约10°C（p < 0.025；图3；表1）。栖息地之间的温度差异受到日光照射的影响，在潮汐浸没期间，两种栖息地的温度都稳定在约30°C（图3c）。日间的太阳加热快速（2.9°C/小时），导致阳光下的贝壳在潮汐露出时迅速完全干燥，而阴凉处的贝壳在整个潮汐暴露期间通常保持湿润。

3.2. 贝壳大小和腐蚀
收集到的阴凉處的贝壳比暴露在阳光下的贝壳稍大。铰链长度（平均值±标准误差）分别为13.09±0.26毫米和11.73±0.26毫米（Wald Stat = 13.71；p < 0.01）。相应地，贝壳表面积分别为1192.12±28.6平方毫米和925.7±28.4平方毫米（Wald Stat = 47.6；p < 0.01）。这表明，在假设相似生长速率的情况下，阴凉处的贝壳平均年龄较大，或者它们生长得更快。就贝壳腐蚀而言，暴露在阳光下的贝壳腐蚀严重得多（平均值±标准误差=表面积的87±2.3%），而阴凉处的贝壳腐蚀程度为平均值±标准误差=31±2.3%（p < 0.001；Kolmogorov–Smirnov检验；图4a）。考虑位置和栖息地（阳光或阴凉）影响的GLMM分析显示，栖息地具有显著影响（F = 236.6；p < 0.001），而位置的影响在模型中被非均匀性所抵消（Cohran C检验；图4b；表2）。总体结果受到位置D的强烈影响，在阴凉处的牡蛎中壳腐蚀中位数为0%（图4b）。

3.3. 贝壳反射率
与它们更明亮的外观一致，暴露在阳光下的贝壳在整个UV-可见-NIR光谱范围（200–1400纳米）内的漫反射率高于阴凉处的贝壳（图S1）。暴露在阳光下的贝壳和阴凉处的贝壳都表现出一个吸收带（反射率下降），位于672–676纳米处，这是由于贝壳表面存在含有光合微生物的生物膜。在较短波长处还出现了多个较弱的吸收带，这些吸收带来自各种微生物（如硅藻、绿藻、蓝细菌和红藻）中的色素[47,48]。在微生物色素强烈吸收的波长处，暴露在阳光下的贝壳更高的漫反射率与较低的表面色素密度一致，这表明由于光抑制和太阳辐射的photobleaching作用，生物量 and 色素含量减少。

3.4. 贝壳厚度、密度和强度
位于阳光下的贝壳比阴凉处的贝壳更厚，贝壳厚度在贝壳表面（肌肉疤痕、中心和唇部）有所不同。使用大小相似的蜗牛（阳光下的平均值=1036平方毫米；阴凉处=1177平方毫米；p > 0.10，每种栖息地n=20）进行的因子方差分析（ANOVA）显示，贝壳厚度相对于栖息地（F = 15.19，p < 0.001；图5a；表3）和内部贝壳表面位置（F = 51.68，p < 0.001；图5a；表3）而变化。样本中最厚的贝壳位于暴露在阳光下的贝壳的闭肌附着点（平均厚度=5.03毫米），而最薄的贝壳位于阴凉处的中心（平均厚度=2.75毫米；图5a）。虽然阳光下的贝壳在肌肉疤痕处的厚度大于中心处的厚度，但两种栖息地之间的唇部厚度没有显著差异（图5a）。暴露在阳光下的贝壳显示出补偿性钙化，表现为中心部更白的贝壳沉积物和肌肉疤痕处更暗的贝壳（图5b）。

3.5. 贝壳结晶
对粉末狀贝壳的X射线衍射图样进行Rietveld精炼（图S2）后，未发现暴露在阳光下的贝壳和阴凉处的贝壳在平均方解石/文石比例、方解石晶粒大小和方解石垂直于平面（c轴）的晶格参数c方面存在显著差异。然而，在两种栖息地之间观察到了方解石微观应变（阳光下的平均值0.078%；阴凉处的平均值0.098%；p = 0.00076；每种栖息地n=9）和基底层晶格参数a（阳光下的平均值4.987埃；阴凉处的平均值4.985埃；p = 0.032；每种栖息地n=9）的微小但显著差异。但由于粉末样品代表了不同贝壳微观结构（棱柱状、层状和粉状层）的混合物，因此难以将这些平均晶体学差异归因于特定的生物特征，也无法排除它们是由研磨过程中的差异引起的。讨论
热带岩石海岸的热条件变化极大，每日随天气和云层覆盖的变化而波动。由于不同日期的数据记录仪之间缺乏同步性，无法直接比较各地点的热环境差异。此外，记录时间较短，导致无法分析季节性或时间性差异。然而，文莱气象站的数据表明，在北半球冬季，月平均日最高气温略低（约低2°C）。尽管存在这些限制，但按栖息地类型对收集的数据进行分类后，仍发现热环境存在显著差异。阳光照射栖息地的平均日最高气温为43.4°C，而阴凉栖息地的平均日最高气温仅为33.5°C。两种栖息地的平均日最低气温均约为25°C（见图3和表1）。阴凉栖息地的日温差约为7.4°C，而阳光照射栖息地的日温差约为17.7°C。记录到的最高气温为45.5°C，明显低于高海岸带Echinolittorina蜗牛所经历的最高气温（超过50°C [49,50]）。日最高气温受光照时间的影响，而海水淹没期间温度相对稳定（约30°C，见图3c）。不同栖息地的温度和潮汐周期差异导致了不同的加热、冷却、湿润和干燥速率。通常，阴凉区域的牡蛎在潮水消退时仍保持湿润，而阳光照射区域的牡蛎则更易完全干燥。

虽然海水成分（盐度）、pH值、浑浊度和沙粒侵蚀等多种因素可能影响贝壳腐蚀，但在差异较大的光照条件和热环境下，这些因素被认为是相似的。极端的加热和干燥作用导致阳光照射区域的牡蛎外壳腐蚀加剧（见图2）。阳光照射区域贝壳表面的生长层和纵向肋状结构通常会腐蚀消失（外壳腐蚀率为83%，而阴凉区域为31%，见图2和图4）。阳光照射区域贝壳的新色素和结构层沉积后，腐蚀迅速发生（见图2c,i）；阴凉区域贝壳的锐利生长层变得圆滑，常常完全磨损（见图A1）。与其他双壳类动物不同，牡蛎的外层角质层无法有效防止新沉积层的溶解或腐蚀[51]。在较老的贝壳中，纵向肋状结构的蛋白质成分（如conchiolin）会完全腐蚀，这些成分具有多种功能，包括抵抗捕食[52]。这些成分最终会从贝壳表面剥落（见图A2a）。附生和内生生物（包括海绵和藻类穿孔者）也是导致贝壳腐蚀的原因，且在不同栖息地中的影响似乎有所不同。阴凉栖息地条件较为温和，常有贻贝、藤壶和管虫定居（见图A2b），而在腐蚀严重的阳光照射区域贝壳中，特别是在生长层交界处，常观察到大量光合微生物的聚集（见图A1和图S1[53]）。在光照期间，阴凉区域贝壳表面的边界层水分可能因微生物呼吸而酸化。然而，没有证据表明阴凉区域贝壳的溶解程度显著高于阳光照射区域（因为后者边界层水分蒸发较快）。尽管存在这些非生物和生物因素，但研究表明光照对贝壳腐蚀的影响远远超过其他因素。

阳光直接吸收会通过多种机制促进贝壳腐蚀和侵蚀，这些机制可能同时发生。有机物质（如conchiolin）吸收阳光，尤其是紫外线（UV）光，最终会导致光化学降解，加速保护性角质层的去除，并削弱连接方解石晶粒的有机基质。有机基质和表面生物膜吸收紫外线-可见光-近红外（UV-vis-NIR）光也会使外表面升温，从而形成内外表面之间的温差。任何材料的温差，尤其是像方解石这样的不良导热材料，都会产生热应力，促进微裂纹的形成。方解石还具有各向异性的热膨胀特性[52]，因此即使没有显著的温度梯度，热循环也会导致晶间应力，特别是在不同方向的晶粒和薄有机层限制自由热膨胀的情况下。无论具体机制如何，热引起的方解石层微裂纹都会增加机械侵蚀和化学溶解的速度。较高的贝壳表面温度还会在湿润时加速方解石溶解，因为方解石的溶解速率随温度升高而增加[54]。此外，高温下快速干燥的盐晶体也会加剧阳光照射区域贝壳的表面腐蚀，而阴凉区域贝壳在潮水消退时保持相对较低的温度。

潮间带阳光照射区域贝壳的自然腐蚀现象对于预测海洋或海岸酸化（到2100年）对贝壳的影响以及这些过程的监测具有重要意义。忽视阳光辐射影响的实验室酸化研究结果可能会低估自然条件下的外壳损失（通过腐蚀和溶解）。在使用软体动物贝壳作为海洋酸化监测指标的生物监测中，应考虑自然风化作用[2,6,22,25]。通过贝壳腐蚀特征进行酸化监测可以（1）捕捉生物体对时变酸化的终身暴露情况（在时间有限的记录期间可能无法检测到），（2）实现大范围的空间评估（而不仅仅是部署测量仪的有限点），（3）研究受强波浪作用的海岸（这些地方无法部署敏感的测量设备[2,6,22]）。然而，本研究强调了需要通过使用避免阳光照射或酸化程度较低的对照生物来仔细校准生物监测工具（贝壳）。尽管软体动物具有自我修复外壳的能力，并且随着生长外壳厚度会增加，但在酸化研究中，对外部外壳损失的内部钙化补偿作用通常被忽视（但参见[24,41,42,55,56]）。我们在酸化潮间带环境中的Nerita蜗牛壳横截面观察到终生外壳厚度补偿现象，但在短期内实验室酸化研究中这一现象被忽视[24]。实验室研究通常只在生长边缘测量贝壳厚度，从而只捕捉到初次生长情况，同时混淆了酸化水暴露引起的钙化和溶解反应。Nerita研究显示，在酸化条件下，唇缘处的外壳较薄，但通过内部钙化（贝壳沉积）得到了补偿，因此在不同环境条件下整体外壳厚度相似[24]。我们发现阳光照射区域和阴凉区域牡蛎贝壳唇缘厚度（初次生长部分）没有差异（见图5），这是因为这两种栖息地的pH值和基质（HCO3?1、CO3?2、Ca+2、Mg+2）相似[24,46]。阳光照射区域牡蛎肌肉疤痕周围和壳中心区域的贝壳增厚与贝壳颜色加深或变浅有关（见图5b,c）。肌肉附着处的增厚具有功能性意义，因为该处受到的力量最大。这种外壳增厚可能是阳光照射区域牡蛎强度稍高的原因。阳光照射区域贝壳的微观应变较低，晶格参数a也较大。但由于粉末样本代表了不同类型的贝壳微结构（棱柱状、叶状和白垩状层），无法直接将这些平均晶体学差异与较高的抗断裂强度联系起来。总之，我们表明牡蛎在正常海洋pH值和碳酸盐浓度条件下，通过内部钙化补偿外部腐蚀损失，从而维持对功能性和生态互动至关重要的外壳强度。

结论
尽管贝壳溶解是理解生物对酸化反应的核心，但实验室研究中很少考虑自然因素对贝壳腐蚀的影响。我们发现阳光辐射在物理上腐蚀潮间带岩石海岸牡蛎外壳方面起着重要作用。我们还发现牡蛎通过内部构建贝壳层来补偿腐蚀引起的外壳损失。上述情况和反应（如外壳修复）可能普遍存在于海洋软体动物中，其能力程度取决于分类学背景和生活史特征的差异。在解释实验室（中试）结果和预测生物对酸化和气候变化的反应时，需要更多地考虑这些自然因素对软体动物外壳动态的影响。

补充材料
以下支持信息可下载自：https://www.mdpi.com/article/10.3390/oceans7030039/s1
- 图S1：阳光照射（红色）和阴凉（蓝色）牡蛎外壳外表面的漫反射光谱。单条曲线代表不同贝壳的片段；
- 图S2：粉末状牡蛎外壳的代表性X射线衍射图；
- 表S1：iButtons数据记录仪的部署情况。