New article online: The Effects of Continuous Acoustic Stress on ROS Levels and Antioxidant-related Gene Expression in the Black Porgy

 

The Effects of Continuous Acoustic Stress on ROS Levels and Antioxidant-related Gene Expression in the Black Porgy (Acanthopagrus schlegelii)

Zoological Studies 57: 59 (2018)
http://zoolstud.sinica.edu.tw/Journals/57/57-59.html

Hao-Yi Chang, Yi Ta Shao
Institute of Marine Biology, National Taiwan Ocean University

Tzu-Hao Lin
Department of Marine Biodiversity Research, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology

Kazuhiko Anraku
Fisheries Department, Kagoshima University

Short-term exposure to strong underwater noise is known to seriously impact fish. However, the chronic physiological effects of continuous exposure to weak noise, i.e. the operation noise from offshore wind farms (OWF), remain unclear. Since more and more OWF will be built in the near future, their operation noise is an emerging ecological issue. To investigate the long-term physiological effects of such underwater noise on fish, black porgies (Acanthopagrus schlegelii) were exposed to two types of simulated wind farm noise—quiet (QC: 109 dB re 1 μPa / 125.4 Hz; approx. 100 m away from the wind turbine) and noisy (NC: 138 dB re 1 μPa / 125.4 Hz; near the turbine)—for up to 2 weeks. Measurement of auditory-evoked potentials showed that black porgies can hear sound stimuli under both NC and QC scenarios. Although no significant difference was found in plasma cortisol levels, the fish under NC conditions exhibited higher plasma reactive oxygen species (ROS) levels than the control group at week 2. Moreover, alterations were found in mRNA levels of hepatic antioxidant-related genes (sod1, cat and gpx), with cat downregulated and gpxupregulated after one week of QC exposure. Our results suggest that the black porgy may adapt to QC levels of noise by modulating the antioxidant system to keep ROS levels low. However, such antioxidant response was not observed under NC conditions; instead, ROS accumulated to measurably higher levels. This study suggests that continuous OWF operation noise represents a potential stressor to fish. Furthermore, this is the first study to demonstrate that chronic exposure to noise could induce ROS accumulation in fish plasma.

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海洋聲景與魚類的聽覺感知

如果我們是海洋裡的一隻魚,聽不見聲音會怎麼樣

這是個難以回答的問題,畢竟子非魚,怎知海洋聲音在魚聽起來是甚麼樣子甚至許多人會疑問,魚能夠聽得到聲音嗎?

對於會發出聲音的魚類,例如石首魚,這些發聲魚類會利用聲音溝通、求偶,毫無疑問的我們會認為這些發聲魚類應該也能夠敏銳地察覺聲音,否則無法和同類溝通。但對於更多不會發出聲音的魚類來說,難道聲音對牠們毫無意義嗎?

刊登在2009Integrative ZoologySoundscapes and the sense of hearing fishes一文中,作者Richard Fay彙整了近年的研究結果,認為聲音感知的能力對於海洋魚類極其重要。就像我們人類一樣,可以從聲音反射、各種設施運作的噪音分辨室內的密閉空間和室外公共場合,透過敲打物體或聆聽樂器發聲可以從其音色來了解材質構造。海洋中的聲音來自於風浪、降雨以及各種生物、人為活動,聲音就像光線一樣讓整個水下環境沉浸其中,從聲音的傳播、反射形成的音場,提供了海洋生物探測周遭環境、尋找方位以及行為反應的資訊來源。

每一種類型的海洋環境因為在其中不同的生物群聚組成、海床物理特性的差異會有著明顯不同的聲景。換句話說,在不同海洋環境所聆聽到的聲音音量、訊號特徵、出現的時間特性可能有很大的差異。可是,這對海洋魚類來說有甚麼重要的意義嗎研究發現,許多礁岩性的魚類,在較深水域生活的仔魚成長之後會回到礁岩繁殖、交配,當研究人員在新放置的礁岩中利用水下喇叭撥放出在礁岩中所錄製的槍蝦和魚類聲音時,比起沒有撥放聲音的礁岩,幼魚的數量明顯在這些利用錄音裝飾的礁岩中來得高,顯示海洋魚類確實會透過環境中的各種聲音,也就是海洋聲景來尋找其偏好的棲地環境。

 苗栗魚礁聲景
 外傘頂洲聲景

然而,海洋中的聲音極其多樣,在一個吵雜的環境之中魚類是否還可以察覺出不同類型的聲音訊號以石首魚來說,河口附近的石首魚群在傍晚過後會群體鳴唱,吵雜的程度好比夜市一樣。石首魚個體在許多同類共同大聲喧嘩的狀況下是否還能有效地透過聲音溝通、尋找交配的對象雖然目前仍無法確定魚類是否可以精確的定位聲源,但透過實驗也發現魚類似乎可以從角度的差異來察覺被噪音所遮蓋的訊號。此外,當多個聲音訊號同時出現,魚類也可以利用音頻特徵和脈衝波的重複次數來辨別不同的聲音類型,這種聽覺辨認的解析能力在兩種聲音音頻特徵差距越大時會更加提升。

石首魚群體鳴唱

雖然目前的科學研究對於魚類聽覺的了解還不是相當透徹,新的研究也可能會產生和過去相互矛盾的結果。儘管如此,越來越多研究人員皆認同聽覺感知對於海洋魚類的生存相當重要。過去大多認為只有生物發出的聲音才具有生物意義,但越來越多的證據顯示環境聲音對於生物本身也具有相當大的重要性,如同光線讓陸域動物得以透過視覺了解環境,海洋中的聲音則是魚類賴以為生的感知來源。在了解了這些之後,或許我們也應該開始注意噪音對海洋生物的影響是甚麼魚類透過感知聲景來尋找其偏好的礁岩棲地,那如果在礁岩的附近興建了大型離岸海事工程,雖然沒有破壞礁岩本身但釋放的噪音卻大幅改變了當地聲景,在這種聲景被破壞的狀況下,遷徙的魚類還能尋找到偏好的棲地嗎甚至我們的漁業資源量會不會因為海洋日益增加的人為噪音而下降為了海洋環境的永續發展,讓我們持續聆聽海洋聲音來了解這些問題的答案。

參考資料:

1. Richard Fay (2009) Soundscapes and the sense of hearing of fishes. Integrative Zoology 4: 26-32.
2. Stephen D. Simpson, Mark Meekan, John Montgomery, Rob McCauley, Andrew Jeffs (2005) Homeward sound. Science 308: 221.