加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所的科学家发现，海水中的低氧水平可能使一些海洋无脊椎动物失明。
最近在“实验生物学杂志”上发表的这些结果首次证明了海洋无脊椎动物的视觉对水中的有效氧含量高度敏感。
海洋中的氧气水平正在从自然和人为过程中发生全球变化。许多海洋无脊椎动物依靠视觉来寻找食物，避难所和避免捕食者，特别是在许多浮游生物的早期阶段。对于甲壳类动物和头足类动物尤其如此，它们是其他动物的常见猎物，其幼虫在水体中高度迁移。
对陆地动物的研究表明，低氧水平会影响视力。事实上，人类在低氧条件下会失去视觉功能。例如，如果飞机无法用额外的氧气补充驾驶舱，那么高空飞行的飞行员就会出现视力受损。此外，与氧气损失相关的健康问题，如高血压和中风，可能会损害视力。
“凭借所有关于氧气影响陆地动物视力的知识，我想知道海洋动物是否会以类似的方式作出反应，”国家科学基金会资助的研究的主要作者，斯克里普斯海洋学的博士生Lillian McCormick说。
她的结果震惊了她。研究四种加利福尼亚当地的海洋无脊椎动物 - 市场鱿鱼，双斑章鱼，金枪鱼蟹和一种咀嚼蟹 - 她发现在低氧条件下视力降低了60-100%。
利用在斯克里普斯海域收集的幼虫，麦考密克测试了幼虫视野中的急性反应 - 对暴露于减少氧气的短期反应。她与加州大学圣地亚哥分校心理学系的研究员Nicholas Oesch合作，开发了这种小样本的设置。
“实验室的大部分工作都是为了解决哺乳动物视觉中的生物医学问题，”Oesch说。“因此，走出不那么传统的模型系统并将我们的技术应用到一个完全不同的领域是很有趣的。”
放置在显微镜载物台上，氧气水平逐渐降低的海水流动，幼虫暴露在McCormick用来引发视觉反应的光照条件下。她使用连接到幼虫视网膜的电极测量了这些反应。该技术称为视网膜电图。
“想象一下这款设备是EKG的眼睛机器，”麦考密克说。“我们不是测量心脏的电活动，而是观察眼睛的一部分，即视网膜。”
一旦氧气供应开始从充分氧化的水平开始下降，例如在海洋表面发现，麦考密克就看到了幼虫的立即反应。在brachyuran蟹和鱿鱼中尤其如此，它们在测试的最低氧气条件下几乎失去了所有的视力，大约20%的表面氧气水平。八达通持续时间较长，视网膜反应仅在氧气降至一定水平后下降，而金枪鱼螃蟹则具有相当的弹性。已知成年金枪鱼螃蟹能够耐受低氧水。
“我很惊讶地看到，即使在暴露于低氧气的几分钟内，这些物种中的一些实际上变得盲目，”麦考密克说。
幸运的是，当氧气水平恢复时，大多数样本恢复了一些视觉功能，表明在短期低氧期间损伤可能不是永久性的。
麦考密克对这种视力下降会如何影响动物行为感兴趣，特别是那些经历最严重视力丧失的人。这些动物依赖于光线提示，无法检测这些线索可能会影响它们的存活。一个例子是迁移。这些物种的幼虫垂直迁移，白天下沉到更深的深度，晚上上升到表面，并使用光强度的变化作为迁移线索。
此外，幼虫依靠视觉来寻找猎物并避开捕食者。鱿鱼幼虫捕食快速游动的猎物，就像桡足类一样，它们的视力对此至关重要。在暴露于低氧条件下，鱿鱼幼虫视网膜的反应速度减慢，表明这种视觉损伤可能抑制幼虫检测桡足类和饲料的能力。失去对光强度变化作出反应的能力 - 例如捕食者的阴影 - 或视觉上看到猎物可能会降低这些高度视觉幼虫的存活率。圣地亚哥的市场鱿鱼可能特别容易受到影响，因为它们在容易产生低氧的地区产卵，就像La Jolla附近的峡谷附近的海底。
在海洋环境中，氧气水平随日常，季节和年际时间尺度而变化。氧气随深度波动也很大。然而，由于受人类影响的气候变化甚至污染，这些条件正在发生变化。大气变暖也改变了海洋中的温度，从而减少了充氧表面水与较深水域的混合。此外，近岸环境越来越多地在一个叫做富营养化的过程中失去氧气，在这个过程中，水中的过量营养物会为浮游生物提供燃料，然后消耗掉溶解在水中的有效氧。这可能导致鱼类和其他海洋动物死亡。富营养化往往是沿海污染的结果，如农业或污水的径流。
这些结果是基于急性反应，麦考密克很好奇长期接触低氧会如何影响这些野生动物。她未来的工作将测试不同氧气条件下的视觉行为，并将生理和行为研究的结果与海洋中的氧气和光照条件进行比较。