鱼类基于代谢功率差异的能力（运动与消化）和反捕食策略分化

Metabolic engine is the key factor to determine physiological performance of animals. The great intra- and inter-species differences in metabolic engine of fish species may result in the differentiations of their capacity (locomotion and digestion) and anti-predator strategies. Here, we put forward the hypothesis of “Metabolic engine dependent differentiations of capacity and anti-predator strategies in fish species”: the differentiations of locomotion and digestion capacity which caused by metabolic engine may lead to the differentiations of anti-predator strategies in fish species, and accompanied by different costs and gains. To test the hypothesis, the heart-gill structure, metabolism, locomotion, digestion, anti-predator strategies as well as their relationships were measured in 8～10 selected cyprinid fish species,. The planed project aims to verify the above mentioned hypothesis, to determine the relationships among heart-gill system, metabolism and physiological capacity in fish species, and to discuss the role of metabolism as a selection agent on evolution of body size and life history strategies. The data yielded from the planed project could also be used to predict the possible effect of hydro project construction on fish species thus has great practical implication in fish species conservation.

代谢功率的大小是决定动物生理功能强弱的关键因素。鱼类的代谢功率表现出较大的种内和种间差异，可能会导致其能力（运动和消化）和反捕食策略的分化。据此，申请者提出“基于代谢功率差异的鱼类能力和反捕食策略分化”假说：鱼类代谢功率水平不同导致的运动和消化能力的差异，驱动反捕食策略的分化，并伴随不同的代价和收益。为验证假说，拟选取8～10种鲤科鱼类为研究对象，进行心-鳃系统、能量代谢、运动和消化能力以及反捕食策略的种间对比和相关参数的关联分析。项目研究有望验证假说，并厘清种间水平上鱼类心-鳃系统与能量代谢和能力三者之间的关联，探讨能量代谢在鱼类体型、生活史策略进化等方面的重要作用，具有重要的理论意义。项目成果还可预测水利工程建设等造成的环境变动对鱼类种群产生的影响，对鱼类资源保护发挥重要作用。

鱼类生理解剖结构（如心-鳃系统）的种间差异会导致能量代谢功率水平的不同，进而可能造成运动和消化功能的种间差异，最终驱动鱼类出现反捕食策略的种间分化。本项目以鳊（Parabramis pekinensis）等9种鲤科鱼类为对象，在种间水平考查了心-鳃系统、能量代谢、运动能力和消化功能的关联，并对比反捕食策略和生存能力的种间差异。主要研究成果包括：（1）鲤科鱼类心脏与鳃，鳃表面积与标准代谢率、消化能力，最大代谢率与游泳能力之间均呈正相关，佐证了“代谢引擎”（Metabolic engine）假说在种间水平的存在。且代谢功率水平不同的鱼类在反捕食行为上表现出种间分化；（2）鲤（Cyprinus carpio）和鲫（Carassius auratus）的种间比较显示鲫体高更高、快速启动逃逸能力以及反捕食生存能力更强。此外在同等条件下，两种猎物鱼共同的捕食者乌鳢（Channa argus）更偏好捕食鲤。鲤和鲫在上述特征上体现出来的种间差异可能是自然界中高捕食压力的生境下鲫分布更多的主要原因之一；（3）鲤科鱼类会通过形态的改变、行为的调整以及运动能力的提升等策略提高反捕食生存能力，运动能力的提升可能与形态的可塑性改变有关；（4）运动能力（快速启动逃逸能力）与反捕食生存能力的关联仅在有捕食胁迫经历的猎物鱼中出现。表明通过捕食胁迫经历获得的对陌生捕食者的识别可能是猎物鱼启动快速启动逃逸反应的重要前提。项目成果在种间水平验证并完善了动物能量代谢相关的现有理论框架，具有重要的理论价值；同时也为鱼类资源保护等提供了基础资料，具有一定的应用价值。项目成果已发表论文9篇（SCI收录5篇），申请发明专利3项，培养硕士研究生2名，举办全国性学术会议1次。