海洋酸化可能正在悄悄损害鲨鱼牙齿

海洋酸化可能正在悄悄损害鲨鱼牙齿(图1)

海洋酸化可能使鲨鱼牙齿变弱,进而影响它们捕猎和生存的能力。

2025年的一项研究发现,在较低pH值条件下,鲨鱼牙齿会出现可见的腐蚀和结构变化。

鲨鱼摄食效率的变化可能扰乱整个海洋生态系统和食物链。

成长过程中,我从未真正喜欢过珠宝。但过去一年里,我一直戴着一条项链:我在威特斯维尔海滩发现的一颗包裹着的柠檬鲨牙,它总是能成为话题的开端。最近,我和未婚夫参加了一场婚礼,认识了许多女性,她们对鲨鱼和海洋生物的兴趣,和我一样浓厚。当我们聊起我的鲨牙项链时,话题也延伸到了鲨鱼保护工作,以及当今鲨鱼种群面临的威胁,比如气候变化和海洋酸化等问题。

海洋酸化通常与对珊瑚、海胆或蛤蜊、海螺、牡蛎等软体动物的影响联系在一起。你或许会问:为什么呢?这些生物的外壳或骨骼都由碳酸钙构成。随着海洋酸化加剧,过多的二氧化碳使得它们难以构建或维持这些外壳。然而,2025年发表于《海洋科学前沿》的一项研究发现,海洋酸化可能同样对鲨鱼产生潜在的危害。当研究人员模拟酸化海洋对鲨鱼牙齿的影响时,他们发现了令人惊讶的结果。

海洋酸化可能正在悄悄损害鲨鱼牙齿(图2)

由于水温更冷,极地海洋尤其容易发生酸化。

国际原子能机构(IAEA)的海洋酸化国际协调中心(OA-ICC)表示:“海洋酸化是一种由大气中二氧化碳(CO2)浓度上升引发的紧迫环境问题,主要源于人类活动。它表现为海洋水体pH值的持续下降。”

自18世纪中叶以来,大气中的二氧化碳显著增加。估计有26%的人为二氧化碳被海洋吸收。二氧化碳会形成碳酸,释放氢离子,使海洋酸化程度上升。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)表示,当前海洋的变化已比工业革命时期酸化程度高出30%。

海洋酸化对我们的世界构成了巨大威胁。除了对无脊椎动物的影响之外,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)指出,酸化会使小丑鱼更难察觉天敌,或让小丑鱼幼体难以找到适合生长的栖息地。如果我们失去这些生物,食物链可能会崩溃。

尽管已有研究探讨了海洋酸化问题,但大多数研究并未考虑其对鲨鱼的更广泛影响。在2025年的这项研究中,研究人员希望改变这一现状。目前,海洋的pH值平均约为8.1。在高排放情景下,到2300年,pH值预计会降至7.8至7.3之间,这是过去1400万到1700万年间最低的水平。

鲨鱼可能以多种方式受到影响。研究人员基于预测提出如下假设:

鲨鱼可能会出现高碳酸血症(血液中二氧化碳过多),导致营养变化或生长减缓。

高二氧化碳水平和更温暖的水域可能会降低鲨鱼产卵的成功率。

鲨鱼的皮肤齿状结构可能会腐蚀,使其游泳效率降低。

海洋酸化可能正在悄悄损害鲨鱼牙齿(图3)

构成鲨鱼粗糙皮肤的皮齿在结构上与人类牙齿相似。

尽管这些假设还需进一步检验,研究人员仍希望亲自观察海洋酸化如何影响鲨鱼牙齿的结构或形态。

鲨鱼出现在化石记录中的时间可追溯至大约4.5亿年前,比恐龙还要早。历史上,鲨鱼一直需要适应不断变化的海洋环境,而它们特化的牙齿正是其长久生存的重要原因。

并非所有的鲨鱼牙齿都是一样的。例如,大白鲨大约有300颗大型锯齿状三角形牙齿,专门用于撕裂和剪切肉质。而护士鲨只有大约58到76颗牙齿,虽然它们的牙齿也带有锯齿,但体积更小、更扁平,非常适合它们以甲壳类动物为主的饮食。

海洋酸化可能正在悄悄损害鲨鱼牙齿(图4)

great white shark的牙齿(右边)最长可达三英寸,但和数百万年前的巨齿鲨牙齿(左边)相比,简直不值一提!

©Mark_Kostich/Shutterstock.com

随着海洋环境的变化,鲨鱼独特的牙齿使它们能够追捕多种猎物。由于鲨鱼一生中会不断失去并更换数千颗牙齿,因此始终拥有充足的牙齿用于捕猎。鲨鱼在求偶过程中也会使用牙齿,雄性鲨鱼常常会咬住雌性鲨鱼以固定自身完成交配。如果鲨鱼失去牙齿或牙齿受到严重损伤,将极大影响鲨鱼种群的健康与生存。

在这一项研究中,研究人员使用了黑鳍礁鲨的牙齿。要理解原因,你需要知道鲨鱼有两种呼吸方式:靠流推动或通过口部泵水。像黑鳍礁鲨这类靠流推动的鲨鱼是被动呼吸者,它们必须始终以嘴巴张开的状态游动才能呼吸。而口部泵水的鲨鱼则能主动将水流经鳃排出,从而可以保持静止。由于黑鳍礁鲨的嘴巴始终处于张开状态,海洋酸化可能对其造成更严重的后果。此外,黑鳍礁鲨属于须鲨科(Carcharhinidae)的锯鲨类,因此它们的牙齿也能够代表其他类似物种,比如牛鲨,可能会面临的状况。

研究团队首先从奥伯豪森海洋生命水族馆的十条黑鳍礁鲨身上收集了牙齿,这些牙齿都是自然脱落的,并非直接从鲨鱼体内取出。研究人员随后将这些牙齿置于pH值为7.3的海水中,持续八周。作为对照,另一组牙齿则保存在正常pH值(8.19)的海水中。八周后,研究人员对这些牙齿进行了重新检查。一些令人着迷的发现包括:

pH值为7.3的牙齿周长增加了约0.73毫米。这并不意味着牙齿变大了,而是说它们出现了锯齿状边缘,使得轮廓更加不规则。

这些牙齿的根部也更易腐蚀,牙冠受损更严重。在较低pH值环境中保存的鲨鱼牙齿,表面出现更多斑点和孔洞,相比在正常海水环境中保存的牙齿。

正如研究作者所解释:“尽管以往研究表明鲨鱼牙齿……对海洋酸化具有相对较强的抵抗力(Leung等,2022),但我们的研究发现,在实验性酸化条件下,孤立的鲨鱼牙齿仍会出现明显的腐蚀现象。”

研究结果很有说服力,但我们不能完全相信这些结果。因为牙齿并非来自活鲨鱼,所以尚不清楚鲨鱼自身的换牙过程是否会弥补酸化海水可能造成的损害。事实上,作者引用的2022年研究发现,在暴露于pH为7.7的水中30天的活体乔克森港鲨鱼身上,根尖出现了损伤,但牙齿整体上仍能抵抗损害。不过,作者指出,他们实验中使用pH为7.3的水显然更为极端,这可能导致了不同的结果。此外,作者也提到,水族馆中的水质与自然珊瑚礁环境不同,这也可能影响了研究结果。

尽管如此,我们仍需考虑这项研究的含义。如果酸化会影响鲨鱼牙齿的结构稳定性,可能会导致更多牙齿折断。牙齿的结构变化也可能意味着鲨鱼捕猎效率降低,无法撕裂猎物,或者需要耗费更多能量来捕猎。由于鲨鱼有助于调节猎物数量并维持生态系统的平衡与食物链稳定,牙齿的变化可能产生广泛影响,这也凸显了必须遏制酸化的紧迫性。