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张涛研究员团队联合中国科学院海洋研究所等国内外多家单位在国际权威期刊《PLOS Biology》发表研究成果，揭示海洋酸化胁迫下贝类幼虫与变态后个体抗逆能力存在强烈遗传拮抗关系，证实仅依靠某一个发育阶段的耐受性实验，会得出与真实全生命周期气候适应韧性完全相反的预测结果，为海洋气候变化适应潜力评估、贝类抗逆育种与资源保护提供全新理论认知。
图1 研究成果在《PLOS Biology》上发表
海洋酸化是全球气候变化重大环境威胁，钙化海洋生物受到广泛关注。目前绝大多数评估海洋物种能否快速进化以抵御海洋酸化的研究，均采用单一生活史阶段耐受性测定，默认某一发育阶段的抗逆表现可以代表生物整个生命周期的适应能力。但绝大多数海洋无脊椎动物拥有复杂生活史，幼虫与变态之后的成体面临截然不同的生理挑战：幼虫需要快速形成初始贝壳、在有限窗口期完成变态；变态后的个体则需要长期维持贝壳修复、酸碱调节、生长与繁殖。变态发育是否改变物种抗逆的遗传基础，一直缺乏共享家系遗传背景下的严格实验检验（图1）。
图2 | 三种相互竞争的模型表明，气候耐受性在变态过程中可能整合、解耦或反转。 a–c，家系水平幼虫期与变态后OA耐受性的三种备选跨阶段架构：正协变（协同适应）、零协变（模块化）和负协变（冲突）。d–f，在一致的幼虫期选择作用下的预期轨迹特征。正协变使两个阶段均得到改善，模块化使被选择阶段改善而不改变另一阶段，冲突则使幼虫期表现改善的同时侵蚀变态后表现，从而产生更低的净生活史综合值。
研究团队以硬壳蛤（Mercenaria mercenaria）为研究对象，在RCP 8.5海洋酸化条件下对同一家系幼虫、变态后个体开展多性状检测，通过独立胁迫暴露排除个体遗留效应，解析跨生活史遗传协方差。结果显示，幼虫与变态后个体耐酸化能力显著负相关（r = −0.53，95% CI [−0.69, −0.33]），酸化条件下抗逆家系排名大幅反转（图3），无家系能在两个阶段同时表现最优。遗传协方差G矩阵分析表明，海洋酸化会重塑遗传架构，催生幼虫−变态后遗传冲突：酸化环境下57%的家系变异集中于一条幼虫、变态后性状反向变化的主轴，该拮抗轴在正常海水中并不存在。20代演化模拟证明，单阶段筛选会带来另一阶段的隐性适合度损耗，只有兼顾两个阶段的平衡选择，才能维持家系遗传多样性。
图3 | 变态反转家系对酸化适合度排名。 a，被列为幼虫期优胜者的家系往往成为变态后劣败者。b， 10个幼虫期前列家系（绿色）低于变态后中位数，以及11个变态后前列家系（紫色）低于幼虫期中位数。c，变态前后四分位重叠矩阵；没有家系同时占据两个阶段的前四分位。
该成果修正现有海洋气候变化进化预测的固有认知：复杂生活史物种的气候韧性不是某一个发育阶段的性状，而是个体整个发育序列的几何遗传属性，不能简单压缩到单一阶段开展评估，否则预测结果的正负方向都会发生颠倒。该结论对海洋气候风险评估、贝类育种、海洋生物恢复重建都有重要启示：抗逆筛选必须兼顾多个发育阶段，并且抗逆相关遗传参数需要在胁迫环境下测定，不能简单由正常环境表型推断。
宁波大学张涛研究员与美国石溪大学Bassem Allam教授为论文共同通讯作者，中国科学院海洋研究所宋浩研究员为论文第一兼通讯作者，新西兰大学Bradley Skelton、Andrew Jeffs教授参与合作。本研究得到国家自然科学基金（青B/面上）、国家贝类产业技术体系、泰山学者工程等项目资助。
