南极半岛东北缘深海栖息地的中型底栖动物群落结构

《Polar Science》：Meiofauna Community Structure of Deep-Sea Habitats at the Northeastern Margin of the Antarctic Peninsula

南极半岛东北缘中深斜坡微甲壳类群落结构及驱动因素研究。2017年采样分析显示中斜坡站点（325.2/357.1m）物种丰富度最高（76/72种），深斜坡（492.7m）最少（37种）。丰度537-1013个/10cm2，线虫占比超70%，节肢动物、环节动物次之。垂直剖面显示表层下丰度较高，但类群分布差异不显著。线虫通过功能多样性（选择/非选择沉积食性、捕食/表皮食性）实现微生境分化，其高主导率和适应性为南极极端环境生态研究提供新视角。

　　

Víctor Aramayo | Luis Quipúzcoa | Robert Marquina | Dennis Romero

秘鲁海洋研究所（Instituto del Mar del Perú）海洋学与气候变化部门，卡亚俄，秘鲁

摘要

南极深海沉积物中的中型底栖生物在底栖生态系统过程中起着关键作用，但其群落结构及其驱动因素仍知之甚少。在秘鲁第25次南极考察（ANTAR XXV）期间（2017年1月，南半球夏季），研究人员在南极半岛东北沿岸的三个站点采集了沉积物岩芯（中坡：325.2米和357.1米；深坡：492.7米）。岩芯被切割成1厘米厚的层，直至5厘米深度，并对其中的中型底栖生物进行了形态学鉴定。中坡区域的物种丰富度最高（76种和72种），而深坡区域的物种丰富度最低（37种）。中型底栖生物的丰度范围为537至1013个个体/10平方厘米，其中自由生活的线虫占所有个体的70%以上，其次是节肢动物和环节动物。垂直剖面显示，深层沉积物中的生物丰度较高；而节肢动物（如介形虫和桡足类）、刺胞动物以及软体动物在较深层次中也有所贡献，但这些生物并未主导整个群落的更替。线虫的摄食方式分析表明，在整个沉积层及各个站点中，既有选择性沉积食者，也有非选择性沉积食者、捕食者以及表层食者共存，这表明它们具有有效的微生境划分和营养多样性。线虫的显著优势及其功能多样性凸显了它们在多变氧气条件下的生态适应性。本研究为南极半岛大陆坡中型底栖生物的生物多样性建立了定量基准，并为未来研究底栖群落动态的环境驱动因素提供了框架。

引言

中型底栖生物体型微小（45–500微米），但数量丰富，属于几乎所有后生动物门的成员（Giere, 2009），近年来全球对其关注度日益增加（Pardo et al., 2021; Schratzberger et al., 2023）。它们的生态重要性主要体现在以下几个方面：促进有机物分解，从而加速细菌活动（Huang et al., 2022; Kang et al., 2022）；占据微生境（Fabiano and Danovaro, 1999; Aramayo, 2025）；以及构建食物链（Rivkin and DeLaca, 1990; Neury-Ormanni et al., 2020）。

近期研究表明，不同生境中的南极中型底栖生物群落结构存在显著差异（Veit-K?hler et al., 2018; Huang et al., 2022; Kang et al., 2022），其中自由生活的线虫是南极海底沉积物中的主导群体（Vanhove et al., 1995; Ingels et al., 2014）。然而，这些分布模式的驱动因素仍研究不足或尚未明确，尤其是对于刺胞动物、铠皮动物和小型底栖桡足类等稀有类群（Yamasaki et al., 2022; Ingels et al., 2023）。在这方面，基于特征的功能分析为理解生态系统层面的中型底栖生物响应提供了重要见解（Neury-Ormanni et al., 2020; Schnier et al., 2023）。例如，某些线虫的形态和行为特征（如口器结构、表皮装饰以及尾部形态）有助于它们在异质底栖生境中的生态位划分（Neury-Ormanni et al., 2020）。

快速的新陈代谢率和短暂的生命周期使得底栖生物成为评估生态系统健康状况的理想指标，尤其是在环境快速变化的地区，如南极半岛（Clarke et al., 2006a; Clarke et al., 2006b）。尽管中型底栖生物具有重要的生态意义，但在布兰斯菲尔德海峡（Bransfield Strait）的深海生境中（即从上/中坡到深坡环境，300–1500米深度），其多样性模式和功能适应性仍知之甚少。该海峡是威德尔海（Weddell Sea）和贝尔林斯豪森海（Bellingshausen Sea）水域的交汇处，形成了温度、沉积作用和有机物质通量的显著环境梯度（Isla et al., 2006; Dotto et al., 2021; Damini et al., 2025）。与全球其他地区不同，南极底栖生物群落受到冰架的影响，这些因素调节着食物供应、微生物活动和沉积过程（Arntz and Gallardo, 1994; Dayton et al., 1994）。这种环境条件，加上从火山碎屑砂到淤泥质黏土的各种海底基质以及局部热液活动（Sahade et al., 2015; Dotto et al., 2021），可能导致不同的中型底栖生物群落形成。

然而，以往的研究主要集中在大型底栖生物或巨型底栖生物上（Arntz and Gallardo, 1994; Bae et al., 2021），对不同深度梯度下的中型底栖生物群落结构的关注较少（Gray, 2001; Clarke, 2008; Bhowmik et al., 2022）。实际上，许多多毛类动物、海星和全形动物等相对较大的底栖无脊椎动物在生态学和生物多样性方面的研究较为深入（Martín et al., 2000; Barnes and Conlan, 2007; Gutt et al., 2019）。尽管中型底栖生物对底栖生物量的贡献很大（Schnack-Schiel et al., 2001; Huang et al., 2022），但仍需要更详细的生态描述和分类学研究。

多项研究（如Ingels et al., 2014; Zeppilli et al., 2018; Leasi et al., 2021; S?ring et al., 2022; Gheller and Corbisier, 2022）指出了南极中型底栖生物研究中的三个关键空白：（1）深海沉积物中关键类群（如线虫和桡足类）的分类学尚未明确；（2）对气候变暖和冰层退缩如何改变其生活史策略的理解有限；（3）关于浅海和深海群落之间连通性的知识不足，而这对于分析适应性和预测生态系统韧性至关重要。

以南极半岛东北沿岸为例，该地区是极地变化最显著的区域之一（Siegert et al., 2019），冰层消融速度较快，海表温度每世纪上升3.7±1.6°C（Vaughan et al., 2003），这对周围环境和生物群落可能产生不确定影响。中型底栖生物群落在不同生境中的多样性明显不同，基质类型（火山碎屑砂与淤泥质黏土）和有机物质通量梯度是影响群落组成的关键因素（Isla et al., 2006; S?ring et al., 2022）。南极半岛的底栖研究尤其强调了多毛类的丰富性以及双壳类群落的多样性及其对气候变化的响应（Barnes and Conlan, 2007; Gray, 2001; Smale and Barnes, 2008）。然而，针对中型底栖生物的分析工作相对较少。

为填补南极中型底栖生物分类学和功能多样性研究中的空白，本研究利用秘鲁第25次南极考察（ANTAR XXV）期间采集的沉积物样本，对南极半岛东北沿岸三个未探索区域的中型底栖生物群落进行了研究。与以往仅关注物种名录的调查不同，我们分析了中型底栖生物的垂直分层及其摄食方式，揭示了其生态位划分的机制。我们的发现有助于理解这一群体的生物多样性，并为该南大洋地区的生物多样性研究提供宝贵参考。

研究区域

第25次南极考察（ANTAR XXV）于2017年南半球夏季进行，考察地点位于南极半岛东北端的极端区域，设置了三个深海观测站（见图1和表1）。采样设计和方法由秘鲁海洋研究所（IMARPE）的海洋底栖生物实验室团队在R/V BAP Carrasco号船上完成。

中型底栖生物的采样与分析

使用了HAPS岩芯采样器（直径13.3/12.7厘米，长度31.5厘米，样本体积4.0升）进行采样

中型底栖生物的丰富度和丰度

丰富度：所有采样站点共鉴定出142种中型底栖生物。其中，中坡站点E12B（325.2米）和E4（357.1米）的物种丰富度最高，分别为76种和72种；而深坡站点C1（492.7米）的物种丰富度较低，为37种（见表1）。

在E12B站点，鉴定出19属线虫，属于32种已知物种（例如Desmodora campbelli、Halalaimus comatus、Halomonhystera disjuncta等）

讨论

不同站点之间的中型底栖生物群落结构存在差异，且通常在较深的沉积层中丰度下降。无论是在泥质沉积物（Fleeger et al., 1995; Aramayo, 2018a; Wang et al., 2019）还是沙质沉积物（Rodríguez et al., 2003; Sun et al., 2014; Aramayo, 2018b）中，都广泛观察到中型底栖生物丰度随深度增加而减少的现象；然而，不同深度梯度上的物种丰富度变化仍存在不确定性

结论

本研究揭示了中型底栖生物群落的高度多样性，尤其是线虫物种的主导地位，同时也发现了栖息在南极半岛深海生境中的稀有门类。相比之下，本研究中报告的个体数量处于较低至中等水平。群落结构显示线虫占主导地位，但节肢动物（尤其是桡足类）也有一定比例存在

作者贡献声明

Víctor Aramayo：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目监督、软件使用、资源协调、方法论设计、调查实施、资金筹集、数据分析、数据管理、概念构建。Luis Quipúzcoa：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、资源协调、项目管理、方法论设计、调查实施、资金筹集。Robert Marquina：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、资源协调、项目管理

未引用的参考文献

Clarke et al., 2006; Rodríguez et al., 2003.

利益冲突声明

? 作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究是在“底栖生物群落与沉积物地球化学：多样性、生态学及其应用”项目框架下进行的，该项目由秘鲁海洋研究所（IMARPE）资助。