使用动物运动轨迹跟踪系统测量珊瑚幼虫对防污涂层的反应行为

气候变化和人类活动对热带珊瑚礁和沿海地区造成的压力与日俱增。众所周知，热应力是其中的一个因素，但来自船只的防污剂（主要来自船只搁浅）也会导致珊瑚礁受到严重污染。

有毒海洋涂料
防污漆通常是通过喷漆的方式在船体（或其他海洋人工结构）上涂上专门的涂层，以减缓甚至防止（亚）水生生物的生长。这样做的目的是提高船舶的性能并降低成本。众所周知，防污漆历来含有大量有毒化合物，如tributyltin（禁用）和铜，对海洋生物有很大影响。被最小的生物（如浮游生物）吃掉的油漆颗粒会进入食物链，并在较大的物种（如鱼类）中造成生物累积。
 

防污剂对珊瑚礁的影响
在珊瑚礁中，人们发现防污剂会抑制珊瑚幼虫的定居和存活，而这对珊瑚礁的恢复非常重要。无毒防污剂替代品可能会降低毒性，这对珊瑚幼虫似乎确实如此[1]。不过，德国不来梅莱布尼兹热带海洋研究中心的丽莎-罗普克（Lisa Roepke）关注到Acropora millepora珊瑚幼虫在接触这些潜在无毒制剂时的行为反应，如移动性、游动活动。

如果珊瑚幼虫的移动能力受到任何影响，那么其他功能反应，如栖息地选择、摄食、躲避捕食者、竞争和繁殖也会受到威胁，会降低珊瑚幼虫的适应能力和存活率。因此，对行为进行测量非常重要，使用可对行为进行自动和定量测量的创新工具，可极大地补充生态毒理学研究。

Roepke对珊瑚幼虫的实验研究
基于上述，Roepke的研究集中在三种不同的涂层对Acropora millepora珊瑚幼虫的行为影响分析[2]。每个暴露组有32只幼虫，在暗箱中记录25分钟，同时使用诺达思的动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)进行跟踪分析。观察珊瑚幼虫在4 x 4厘米的三种不同涂层瓷砖上的活动行为，三种涂层分别为：(1) 抗粘涂层；(2) DCOIT涂层；(3) CeO2纳米粒子涂层。
 

暗箱记录装置

实验装置
在实验中拍摄了珊瑚幼虫在三种涂层和未涂涂层（对照组）的瓷砖上自由移动的过程。实验前，所有瓷砖都用新鲜的天然海水冲洗，以避免表面受到颗粒污染。然后将内径为15毫米的硅胶密封环放在瓷砖上，并注入新鲜的过滤天然海水，形成小“水池”，使瓷砖上的幼虫保持在涂层上方（图 1）。
 

图1 摄像头下的瓷砖设置。(A)瓷砖设置的实际图像（此处是DCOIT） (B)包括珊瑚幼虫(a) 硅胶密封环(b)瓷砖(c)。

每个瓷砖上放置两个硅胶密封环，每个硅胶圈放置一只13天大的幼虫。四块瓷砖，每种处理一块，安排在同一时间由一台摄像机拍摄。每次拍摄包括两组4块瓷砖（每种处理一块瓷砖），每组由一台摄像机拍摄。这样，每次拍摄共有两台摄像机和8块瓷砖（每次测试 2块瓷砖）（图2）。通过进行八次拍摄，每次28分钟，记录每种处理的32只幼虫的活动轨迹。
 

图2 拍摄装置，包括两台摄像机(a)、灯条(b)、光源台(c)、瓷砖(d)、两组瓷砖设置(e)和暗箱(f)。4种瓷砖颜色在概念上分别代表4种测试类型（对照组、DCOIT、抗粘和CeO2纳米粒子涂层）的瓷砖。

每段视频的前两分钟和后一分钟都被剪切，以获得时长为 25 分钟的片段。这一过程消除了相机操作可能造成的影响，确保了视频质量的稳定性，并让幼虫有几分钟的适应时间。使用诺达思的动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)对拍摄到的珊瑚幼虫活动进行追踪。

结果
游动速度
结果显示，珊瑚幼虫的游动速度在不同涂层之间存在差异。珊瑚幼虫在对照组瓷砖上的平均移动速度明显快于其他涂层瓷砖。其中，DCOIT涂层瓷砖上的幼虫游速又低于抗粘剂涂层瓷砖和纳米颗粒涂层瓷砖。

游动活动
幼虫活动（移动与不动的时间）在不同涂层之间也有显著差异，其模式与游动速度类似。对照组瓷砖上的幼虫大部分时间都在移动，其移动速度明显高于抗粘涂层瓷砖、CeO2纳米粒子涂层瓷砖和DCOIT涂层瓷砖。在涂有DCOIT的瓷砖上，幼虫主要处于静止状态。

Acropora millepora珊瑚幼虫的游动速度和游动活动结果显示，发现在接触三种涂层的过程中，幼虫的活动能力都大大降低，其中一种处理的平均游泳速度比对照组降低了2倍。在DCOIT的组别中，活动和速度几乎降为零。

总结
本研究中测量的涂层最初被认为是无毒的，因此不会造成死亡或影响珊瑚幼体的健康。然而，当这些涂层在自然海水中未经预处理就直接使用时，它们似乎确实会影响与生态相关的参数。通过对 Acropora millepora珊瑚幼虫的行为生态毒理学研究结果表明，三种涂层会显著影响幼虫的游动速度和活动，只是程度不同而已。DCOIT涂层对幼虫影响最大，游速和活动几乎为零。与对照组相比，暴露于抗粘涂层和CeO2纳米粒子涂层瓷砖的幼虫的游泳速度和活动能力明显降低。

研究者提出，涂层对幼虫活动能力的影响有三种解释：涂层涂在物品物理表面的地形可能导致幼虫移动速度更慢；防污处理与幼虫发生了生物化学作用；涂层对幼虫有潜在的毒性作用；或者这些作用的某些组合。在使用这些涂层之前，有必要进一步了解其对水生动物的影响。

参考文献
l Roepke, Lisa K.; Brefeld, David; Soltmann, Ulrich; Randall, Carly J.; Negri, Andrew P.; Kunzmann, Andreas (2022). Antifouling coatings can reduce algal growth while preserving coral settlement. Sci. Reports 2022 121, 12 (1), 1–14

l Roepke, Lisa K.; Brefeld, David; Soltmann, Ulrich; Randall, Carly J.; Negri, Andrew P.; Kunzmann, Andreas (2022). Applying behavioral studies to the ecotoxicology of corals: A case study on Acropora millepora. Front. Mar. Sci., 9, 2458

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