基于硬組織微化學(xué)技術(shù)的頭足類洄游特征研究進(jìn)展

韓霈武，王 巖，方 舟,2,3,4,5，劉必林,2,3,4,5，陳新軍,2,3,4,5

（1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院//2.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室//3.國家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心//4.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大洋漁業(yè)開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室//5.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大洋漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，上海 201306）

頭足類是海洋漁業(yè)重要經(jīng)濟(jì)物種，廣泛分布于世界各大海域[1]。頭足類為典型的短生命周期物種[2]，極易受到周邊海域環(huán)境的影響，不同生活史階段有著不同的棲息規(guī)律，因此多數(shù)具有明顯的洄游行為[3]。研究頭足類洄游路線和生境分布，對(duì)了解頭足類生活史過程、合理指導(dǎo)開發(fā)其資源有很大幫助。目前，外部標(biāo)簽標(biāo)記-重捕（tag-recapture）和電子標(biāo)記（electronic tagging）方法是研究頭足類遷移最常用的兩種技術(shù)[4]。但這兩種技術(shù)存在較明顯缺陷。外部標(biāo)簽標(biāo)記-重補(bǔ)的成功率較低，而電子標(biāo)記會(huì)受到監(jiān)測(cè)設(shè)備的影響[4]。

近年來，隨著微化學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微量元素（trace element）與穩(wěn)定同位素（stable isotope）分析已廣泛應(yīng)用于頭足類分布規(guī)律和洄游特征研究[6-7]。頭足類的硬組織，如耳石、角質(zhì)顎、眼睛晶體、內(nèi)殼，有著穩(wěn)定的形態(tài)特征和連續(xù)生長(zhǎng)紋，包含豐富的生態(tài)信息，能夠連續(xù)記錄頭足類整個(gè)生活史的環(huán)境歷程，是研究頭足類分布和洄游特征的良好材料。通過微化學(xué)技術(shù)來研究頭足類硬組織中所包含的重要信息，可以為研究物種的分布規(guī)律和洄游提供參考依據(jù)。因此，本研究基于前人采用微化學(xué)技術(shù)針對(duì)頭足類硬組織開展的相關(guān)研究，系統(tǒng)綜述頭足類分布規(guī)律和洄游特征進(jìn)展情況，旨在為國內(nèi)開展此類相關(guān)研究提供理論參考。

1 微化學(xué)技術(shù)

1.1 微量元素

頭足類在與外界棲息環(huán)境進(jìn)行能量交換的過程中，環(huán)境中一些元素通過呼吸、攝食和血液循環(huán)等方式進(jìn)入體內(nèi)，這些元素在體內(nèi)遞減傳輸，最后以較少含量沉積在耳石等硬組織中，稱其為微量元素[8]。因此，硬組織中的微量元素含量與其生活環(huán)境中含量有著一定聯(lián)系[9]。通過周圍水環(huán)境和硬組織微量元素的相關(guān)信息分析，可以推測(cè)個(gè)體的洄游信息[10]。利用硬組織微量元素推測(cè)頭足類洄游分布的方法原理一般為：利用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）或電子顯微探針元素分析技術(shù)（EPMA）等儀器設(shè)備，將研磨后的硬組織按其歷史生長(zhǎng)基線，測(cè)定不同生長(zhǎng)階段的微量元素，以微量元素與鈣比值[11]（如Sr/Ca）或通過其它微量元素[12]（如Na、P、Zn）等方式，建立起研究個(gè)體從硬組織切面核心區(qū)（胚胎期）至邊緣區(qū)（死亡）的整個(gè)生活史時(shí)間序列的元素分布模式，并根據(jù)研究對(duì)象的年齡和捕獲日期推算其孵化日期[13-14]。利用孵化至捕獲期間不同時(shí)間段的水域溫度、鹽度等環(huán)境變量與硬組織元素特征之間的關(guān)系[15]，推測(cè)個(gè)體不同生活史階段所對(duì)應(yīng)的高/低溫度、高/低鹽度、高/低元素濃度等環(huán)境因子對(duì)應(yīng)棲息水域的可能性，通過對(duì)應(yīng)水域的季節(jié)性特征來判斷不同時(shí)期洄游范圍概率[16]，從而模擬出研究個(gè)體的洄游路徑。

1.2 穩(wěn)定同位素

穩(wěn)定同位素分析具有示蹤和指示等多項(xiàng)功能，以及檢測(cè)快速、結(jié)果準(zhǔn)確等特點(diǎn)[17]，用來研究頭足類的營養(yǎng)路徑和遷移模式。以往，穩(wěn)定同位素的研究主要集中在C 和N 上[18-20]。目前，除此之外，其它一些穩(wěn)定同位素（如O、Sr）也逐漸得到廣泛應(yīng)用[21-22]。硬組織是頭足類的時(shí)間記錄器，對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定同位素分析，可以重建個(gè)體整個(gè)生命周期的攝食、棲息地和洄游路線[23]。利用硬組織穩(wěn)定同位素推測(cè)頭足類洄游分布的方法原理一般為：硬組織中的一些穩(wěn)定同位素能夠反映棲息水域的食物網(wǎng)[24]，不同棲息水域食物網(wǎng)中的穩(wěn)定同位素含量具有空間差異性。個(gè)體在不同水域之間移動(dòng)，經(jīng)歷同位素不同的食物網(wǎng)，并保留了每一時(shí)期攝食位置信息[16]。這些信息依賴于硬組織對(duì)化學(xué)元素的轉(zhuǎn)化效率，通過同位素比例質(zhì)譜儀（IR-MS）等儀器設(shè)備分析硬組織不同部位穩(wěn)定同位素含量[25]，將分析結(jié)果與水體中相應(yīng)的穩(wěn)定同位素含量進(jìn)行比較，推測(cè)個(gè)體可能出現(xiàn)的區(qū)域位置[16]。

2 硬組織在洄游中的研究

2.1 耳石微化學(xué)在洄游中的研究

耳石是頭足類重要硬組織，對(duì)其起著重要生理作用，具有接受聲音和平衡定向的功能[26-27]，由約96%碳酸鈣、3%蛋白質(zhì)和1%微量元素組成[28]。耳石常被用于頭足類年齡與生長(zhǎng)[29-31]、種群劃分[32-33]等方面研究。近些年來，隨著微化學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，基于耳石微量元素和穩(wěn)定同位素等微化學(xué)成分的分析已成為研究和分析生活史、洄游路徑等的一種新興手段[34]。

2.1.1微量元素 耳石生長(zhǎng)貫穿頭足類整個(gè)生命歷程，且耳石是一種非細(xì)胞組織，具有惰性代謝功能，一旦沉積，其成分不會(huì)被重吸收或改變[35-37]。因此，沉積在耳石上的環(huán)境元素能夠很好地保存下來，從而永久地記錄個(gè)體生活史中各階段的環(huán)境狀況[38-39]。通過耳石中的微量元素含量及比值，并與環(huán)境因素建立關(guān)系，可模擬出其經(jīng)歷的洄游環(huán)境，從而推測(cè)其洄游路徑。

迄今為止，在耳石中已測(cè)量出50 多種元素[6]，其中耳石元素Sr、Ca 含量的變化常被用來作為反演不同鹽度水境的指標(biāo)[6,10]。不同自然水體間Sr 含量也存在著顯著的差異，淡水區(qū)含量低，海水區(qū)含量高，河口區(qū)介于兩者之間[10,40]，現(xiàn)有較多的研究表明耳石中Sr/Ca 的大小與水體鹽度存在正相關(guān)關(guān)系[41-42]，因此，Sr/Ca 被廣泛應(yīng)用于頭足類在不同鹽度水域之間的洄游推測(cè)。耳石中的Sr 含量（等同于Sr/Ca）與水溫也密切相關(guān)，與水溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[43-45]。Yatsu 等[46]根據(jù)北太平洋柔魚（Ommastrephes bartramii）耳石縱切面的Sr/Ca 變化，發(fā)現(xiàn)耳石核心區(qū)和背區(qū)外圍附近的Sr/Ca 明顯高于中部區(qū)域（距離核心區(qū)270～ 420 μm），呈U形分布，并認(rèn)為這與北太柔魚在產(chǎn)卵場(chǎng)（副熱帶）到索餌場(chǎng)（亞北極區(qū)）間經(jīng)歷的季節(jié)性洄游有關(guān)。Yamaguchi 等[47]通過耳石中Sr/Ca 變化趨勢(shì)推測(cè)其生活水溫，并結(jié)合劍尖槍烏賊（Uroteuthis edulis）棲息水層，推測(cè)出日本海捕撈的劍尖槍烏賊的洄游路徑，即劍尖槍烏賊的孵化場(chǎng)在東海南部，而日本海南部則是其索餌場(chǎng)。

除Sr、Ca 元素的研究外，耳石中諸多微量元素也得到廣泛應(yīng)用。這些元素，例如鋇（Ba）、鈉（Na）、錳（Mn）、鋅（Zn）和鎂（Mg），同樣記錄著棲息環(huán)境信息，因此，可以利用這些元素之間的差異性進(jìn)行洄游路線的研究[4]。Ching 等[48]通過對(duì)不同群體萊氏擬烏賊（Sepioteuthis lessoniana）的9 種微量元素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)群體間微量元素濃度差異顯著，并結(jié)合環(huán)境因素，推測(cè)其有著不同洄游路線。Liu 等[14]利用海表溫（Sea surface temperature,SST）和耳石元素特征之間關(guān)系，成功建立了東南太平洋智利專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)的莖柔魚（Dosidicus gigas）從稚年期到成年期的洄游路線，發(fā)現(xiàn)莖柔魚稚魚期生活在智利北部沿岸海域，1 月下旬向南洄游至智利中部沿岸海域，2 月向西洄游，9－11 月向北洄游。

2.1.2穩(wěn)定同位素 耳石中的同位素成分被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)生態(tài)學(xué)研究中歷史環(huán)境的自然指紋，記錄著外界環(huán)境信息[49-50]。目前，耳石的穩(wěn)定同位素主要集中在C、O、Sr 等同位素研究上[51-53]。耳石主要成分是CaCO3，故其中C 和O 元素的穩(wěn)定同位素組成被廣泛利用為研究工具。其中，C 同位素與水環(huán)境中的多種代謝源的同位素成分密切相關(guān)，并能夠影響著頭足類的新陳代謝、攝食和營養(yǎng)級(jí)[54-56]；O 同位素與水環(huán)境中的氧同位素保持著一種平衡（或接近），并且與水溫有關(guān)[57-59]，可以作為水體溫度的指示劑[60]。另外，Hobbs 等[61]發(fā)現(xiàn)耳石中的Sr 同位素比值（87Sr/86Sr）能夠反映棲息地的水域特征，且耳石中Sr 同位素比值與水環(huán)境之間呈正比，因此Sr 同位素組成可以有效地反應(yīng)頭足類的遷移過程，并重建其生活環(huán)境史[62-63]。目前，這種方法已應(yīng)用于裸鯉（Gymnocypris przewalskii）[64]、金槍魚[65]等魚類洄游中，而在頭足類洄游中的應(yīng)用報(bào)道較少。

2.2 角質(zhì)顎微化學(xué)在洄游中的研究

角質(zhì)顎位于頭足類口球內(nèi)，由上顎和下顎兩部分組成，是頭足類重要攝食器官，具有良好信息儲(chǔ)存功能。其形態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易腐蝕，這樣的結(jié)構(gòu)能夠使其不被捕食者消化，具有良好指示作用。近年來，隨著微化學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展與創(chuàng)新，基于角質(zhì)顎微化學(xué)的研究，逐步受到國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注[66-68]。

2.2.1微量元素 頭足類角質(zhì)顎是由丁幾質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，具有非細(xì)胞性和代謝惰性，隨著頭足類與角質(zhì)顎的同步生長(zhǎng)，環(huán)境中一些元素會(huì)逐步沉積在角質(zhì)顎中，并能永久保存下來。因此，角質(zhì)顎中某些元素能夠反映頭足類不同生活史階段的環(huán)境狀況[67]，通過測(cè)定角質(zhì)顎中微量元素，并結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)，從而推測(cè)頭足類洄游路徑。Northern 等[69]對(duì)強(qiáng)壯桑椹烏賊（Onykia ingens）角質(zhì)顎的微量金屬元素進(jìn)行了測(cè)定，共發(fā)現(xiàn)23 種元素，其中Na、K、P、Ca、Mn、B 和Zn（都是海水中主要的元素）占總體元素的99%以上。研究結(jié)果表明，角質(zhì)顎中微量元素能夠客觀反映烏賊棲息地的環(huán)境，從而指示出物種的地理位置。Fang 等[12]對(duì)北太平洋柔魚（O.bartramii）角質(zhì)顎微量元素進(jìn)行逐步線性分析，篩選出Na、P、Zn三種微量元素與SST 的關(guān)系最為密切，通過建立這三種微量元素與捕撈點(diǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)（SST）的關(guān)系，找到不同生活史階段最適合的SST，并使用貝葉斯方法推測(cè)出不同生活史時(shí)期個(gè)體出現(xiàn)最大概率的海域，從而模擬推測(cè)出北太柔魚冬春生群體的洄游路徑。

2.2.2穩(wěn)定同位素 目前，對(duì)于頭足類角質(zhì)顎的穩(wěn)定同位素研究主要集中在C 和N 同位素上。在海洋環(huán)境中，δ13C 可以指示生物個(gè)體在較低或較高緯度、近岸或遠(yuǎn)洋、表層或底層的攝食信息[70-71]，δ15N 則指示生物個(gè)體所處的營養(yǎng)級(jí)水平[19-20]。因此，可以通過頭足類不同時(shí)期角質(zhì)顎中δ13C 和δ15N 的變化，來了解其食物來源和營養(yǎng)級(jí)變化，從而推測(cè)其洄游路徑。Hobson 等[72]發(fā)現(xiàn)角質(zhì)顎的喙頂部（rostrum）、側(cè)壁（lateral wall）、翼部（wing）分別代表了頭足類生活史早期、中期和近期的食物信息。而角質(zhì)顎翼部頂端形成較晚，因此其中穩(wěn)定同位素反映其被捕獲或死亡之前所消耗食物的信息[67]，由此變化可以了解頭足類整個(gè)生活史中的攝食生態(tài)信息，從而了解大致的洄游路徑。Guerra等[73]對(duì)大王烏賊（Architeuthis dux）上角質(zhì)顎喙部頂端向后（生長(zhǎng)方向）每1.45 mm 取樣1 次，運(yùn)用同位素比例質(zhì)譜儀（IR-MS）測(cè)定C 和N 穩(wěn)定同位素，根據(jù)δ13C 和δ15N 組成的變化表明，大王烏賊在生命早期進(jìn)行短暫的洄游行為，成年后在一個(gè)相對(duì)較小的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)。Golikov 等[74]通過對(duì)黵烏賊（Gonatus fabricii）角質(zhì)顎中δ13C 和δ15N 值的分析，發(fā)現(xiàn)格陵蘭島西部和東部水域以及巴倫支海的黵烏賊為避免捕食壓力，在成長(zhǎng)過程中，逐步向更深水層移動(dòng)。李建華等[75]利用IR-MS 法初步了解哥斯達(dá)黎加莖柔魚（D.gigas）角質(zhì)顎穩(wěn)定同位素δ13C 和δ15N 的含量，通過分析不同個(gè)體大小、不同年齡角質(zhì)顎的穩(wěn)定同位素變化，揭示在生長(zhǎng)過程中，哥斯達(dá)黎加外海莖柔魚由大陸架向大洋的洄游過程。Queirós 等[76]對(duì)伯德島阿根廷滑柔魚（Illex argentinus）下角質(zhì)顎喙頂部和翼部進(jìn)行取樣分析，通過研究其δ13C 和δ15N 的變化，發(fā)現(xiàn)阿根廷滑柔魚隨著年齡生長(zhǎng)，向北或向近海移動(dòng)。Liu 等[77]根據(jù)秘魯專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)海域采集的莖柔魚（D.gigas），通過同位素比例質(zhì)譜儀（IR-MS）測(cè)定其角質(zhì)顎中δ13C 和δ15N 的變化，并運(yùn)用廣義加性模型（generalized additive model,GAM）進(jìn)行分析，結(jié)果表明角質(zhì)顎中δ13C 和δ15N 值變化范圍較廣，說明在生長(zhǎng)過程中，秘魯莖柔魚存在大規(guī)模的洄游行為。

2.3 眼睛晶體微化學(xué)在洄游中的研究

眼睛晶體是頭足類重要視覺器官，由前后兩個(gè)半球組成，主要是由水和蛋白質(zhì)構(gòu)成[78]，用于輔助捕食和躲避敵害[79]。眼睛晶體是一個(gè)作為替代耳石、角質(zhì)顎的又一硬組織材料，可用于微化學(xué)分析，這種組織在其形成和功能方面已得到廣泛研究，但是使用眼睛晶體重建生活史、洄游路徑的潛力還在初步評(píng)估中[23]。

2.3.1微量元素 眼睛晶體與其它硬組織不同，它們之間微量元素含量有著較大差別。Pourang 等[80]對(duì)魚類不同部位（耳石、鱗片、眼睛、背鰭、魚椎骨、肌肉、肝臟）的13 種微量元素（Br、Ca、Cl、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、P、S、Sr、Zn）進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)在所有硬組織中，除眼睛晶體外，Ca是最豐富的元素，F(xiàn)e 是最少的元素，并且在眼睛晶體中Ca 含量極少。Gillanders 等[78]通過對(duì)魚類四種結(jié)構(gòu)（耳石、眼睛、鰭條、鱗片）進(jìn)行微量元素測(cè)定分析，發(fā)現(xiàn)在眼睛晶體中并沒有檢測(cè)到Ca，并且Sr 含量極低。Tzadik 等[23]研究認(rèn)為眼睛晶體的鈣化程度基本為零，不適合用于微量元素分析。盡管如此，眼睛晶體中還是存在著許多微量元素，并且與其它硬組織相比，僅能在眼睛晶體中檢測(cè)出Hg 元素，這可以作為頭足類耳石微量元素研究的一個(gè)有利補(bǔ)充[78]。Dove 等[81]認(rèn)為，眼睛晶體中微量的富集與空間變化有關(guān)，并發(fā)現(xiàn)眼睛晶狀體的微量元素可能適合于種群劃分。Kingsfor 等[82]認(rèn)為，眼睛晶體微量元素的變化與水深也有一定關(guān)系。目前，尚未見到眼睛晶體微量元素在頭足類洄游中應(yīng)用的報(bào)道。

2.3.2穩(wěn)定同位素 眼睛晶體中含有大量的蛋白質(zhì)，其蛋白質(zhì)占眼睛晶體體質(zhì)量的50%[83]，因此適合用于碳（δ13C）氮（δ15N）穩(wěn)定同位素的分析[84]。眼睛的晶體記錄著整個(gè)生命周期的同位素[23,85]。隨著個(gè)體生長(zhǎng)，新的眼睛晶體層在晶體外側(cè)依次形成[86-87]。在新層形成的初始階段，新層產(chǎn)生的蛋白質(zhì)反映了環(huán)境中同位素比值[88]。然而，新層最終的形成涉及到細(xì)胞的死亡，使得蛋白質(zhì)不再更新。細(xì)胞的死亡通過消除光散材料改善了新層的光學(xué)性質(zhì)，阻止了新的蛋白質(zhì)形成，但獲得了與新層形成有關(guān)的同位素。同樣，下一個(gè)層的形成反映了下一個(gè)時(shí)期的環(huán)境同位素條件。因此，眼睛晶體中每一個(gè)層所包含的穩(wěn)定同位素信息都代表著一個(gè)時(shí)期的環(huán)境信息。通過對(duì)這些層的剝離（分層）和分析，從而重建生命周期的同位素歷史[89]。Brenna 等[90]利用眼睛晶體中碳氮同位素比值的變化，對(duì)西佛羅里達(dá)大陸架的普氏槍烏賊（Doryteuthis plei）的洄游模式進(jìn)行研究。結(jié)果表明，這些魷魚沿著大陸架葉綠素最大值處開始生活，并隨著年齡增長(zhǎng)向近岸移動(dòng)。Onthank 等[91]對(duì)莖柔魚（D.gigas）眼睛晶體的δ13C 和δ15N 進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)莖柔魚個(gè)體間的碳和氮穩(wěn)定同位素記錄變化很大，這表明即使在近距離采集的莖柔魚也有不同的遷移歷史，同時(shí)，根據(jù)眼睛晶體核心層較低的δ13C 推測(cè)其孵化地在37°N 以北。

2.4 內(nèi)殼微化學(xué)在洄游中的研究

內(nèi)殼是頭足類又一重要的硬組織，具有支持身體的功能[92]。同其它硬組織一樣，內(nèi)殼生長(zhǎng)也具有不可逆性，且貫穿整個(gè)生活史過程，從而記錄著頭足類生活史的全部信息[93]。

2.4.1微量元素 同其它硬組織一樣，內(nèi)殼中微量元素的數(shù)量分布和空間分布會(huì)受到海水中微量元素的影響，通常反映化學(xué)、物理和生物環(huán)境的變化，記錄著頭足類生活史信息。Doubleday 等[94]對(duì)澳大利亞蒼白蛸（Octopus pallidus）的內(nèi)殼進(jìn)行微量元素測(cè)定，檢測(cè)到內(nèi)殼各斷面的Ca、Sr、Zn、Fe、Br、Mn 和Cu 的含量較高，Co、Rb、As、Ni 和Ba 的含量較低，并發(fā)現(xiàn)一些元素濃度（如 Ca、Sr、Mn 和Ni）在個(gè)體成年期和孵化期之間存在差異，另一些元素濃度（如 Zn、Cu、Co 和Fe）在個(gè)體之間存在較大差異，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)Ca 和P 從核心區(qū)到內(nèi)殼邊緣含量有所下降，但P/Ca 比值始終保持一致。這項(xiàng)研究表明章魚內(nèi)殼內(nèi)部和更多的鈣化部分適用于微量元素分析。Chung 等[95]對(duì)虎斑烏賊（Sepia pharaonis）的內(nèi)殼進(jìn)行了微量元素分析，結(jié)果表明，溫度和生長(zhǎng)速率對(duì)烏賊內(nèi)殼中的Li/Ca和Sr/Ca元素比值均有影響，并且生長(zhǎng)速率對(duì)其比值變化的影響最大。同時(shí)作者結(jié)合以往研究認(rèn)為，烏賊內(nèi)殼中Sr/Ca 受生理影響的機(jī)制尚不清楚，因此不宜作為烏賊生長(zhǎng)的替代品。而Li/Ca 的比值可能是烏賊生長(zhǎng)的一個(gè)潛在指標(biāo)，可以用于研究烏賊的生長(zhǎng)和生態(tài)。Doubleday 等[96]采用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）對(duì)毛利蛸（Octopus maorum）內(nèi)殼中的12 種元素進(jìn)行了分析，研究了塔斯曼尼亞東南部章魚的種群結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散規(guī)律。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于內(nèi)殼微量元素的研究主要應(yīng)用于生長(zhǎng)、種群結(jié)構(gòu)、醫(yī)藥學(xué)等，尚未見到應(yīng)用于洄游中的報(bào)道。

2.4.2穩(wěn)定同位素 目前，對(duì)于內(nèi)殼的穩(wěn)定同位素研究主要集中在δ13C、δ15N 和δ18O 上。Ruiz-Cooley等[97]通過對(duì)內(nèi)殼δ13C 和δ15N 的分析，探討莖柔魚（D.gigas）的攝食變化。通過對(duì)莖柔魚攝食變化的分析，推測(cè)出莖柔魚在生活史中沒有進(jìn)行大范圍移動(dòng)，而是在較小的緯度范圍內(nèi)移動(dòng)。Lorrain 等[98]通過對(duì)內(nèi)殼δ13C 和δ15N 的分析，對(duì)秘魯外海所采集的莖柔魚（D.gigas）進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)個(gè)體間食性并不是隨著個(gè)體大小的變化而轉(zhuǎn)變，同時(shí)，通過對(duì)內(nèi)殼生長(zhǎng)紋連續(xù)切割后的δ13C 測(cè)定發(fā)現(xiàn)，在其生活史過程中，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)洄游現(xiàn)象。貢藝等[99]通過對(duì)內(nèi)殼進(jìn)行連續(xù)切割，測(cè)定連續(xù)切割片段的碳、氮穩(wěn)定同位素比值，分析莖柔魚（D.gigas）的生長(zhǎng)發(fā)育過程中的食性轉(zhuǎn)換和棲息洄游。結(jié)果表明隨個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育，莖柔魚洄游有從高緯度到低緯度的趨勢(shì)。

此外，Bettencourt 等[100]認(rèn)為烏賊（Sepia officinalis）內(nèi)殼中的氧同位素可以揭示生活環(huán)境的溫度史，其通過對(duì)烏賊內(nèi)殼中的氧穩(wěn)定同位素測(cè)定發(fā)現(xiàn)，不同棲息地的水溫差異導(dǎo)致了烏賊內(nèi)殼的δ18O 的不同。Dance 等[101]對(duì)地中海3 種烏賊（雅烏賊Sepia elegans、烏賊S.officinalis、粉紅烏賊Sepia orbignyana）內(nèi)殼的核心和邊緣的δ13C 和δ18O 進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)烏賊（S.officinalis）內(nèi)殼中的同位素低于雅烏賊（S.elegans）和粉紅烏賊（S.orbignyana），且烏賊邊緣δ13C 和δ18O 的值高于核心區(qū)域的值，其認(rèn)為這種差異可能是由于烏賊從近岸向近海越冬洄游造成的?？偟膩碚f，烏賊內(nèi)殼中的δ13C 和δ18O 可以幫助我們了解幼年和成年棲息地之間的洄游模式。

3 總結(jié)與展望

近年來，隨著微化學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，基于生物體硬組織微量元素與穩(wěn)定同位素，成為推測(cè)頭足類洄游分布的主要方法之一（表1）。

表1 硬組織微化學(xué)技術(shù)在頭足類洄游中的應(yīng)用Table 1 Application of microchemistry technology of hard tissues in migration of Cephalopod

3.1 耳石

目前，國內(nèi)外學(xué)者在耳石微化學(xué)研究中取得一定進(jìn)展，但仍然存在著一些問題。首先，迄今為止，對(duì)頭足類耳石有機(jī)成分的分析只能得到整體水平的信息，缺乏時(shí)間分辨率。因此，許多研究人員對(duì)耳石的主要成分碳酸鈣進(jìn)行廣泛研究，集中于耳石結(jié)晶碳酸鈣中的微化學(xué)的年代學(xué)，以推斷頭足類的生活史[10]。然而，至今還沒有研究能闡明蛋白質(zhì)有機(jī)基質(zhì)中的微化學(xué)年代學(xué)，相反，耳石整體已有較多研究，用以推斷蛋白質(zhì)化學(xué)特征[102]。這種方法消除了時(shí)間推斷的可能性，并且依賴于嚴(yán)格的去鈣技術(shù)，這可能會(huì)改變蛋白質(zhì)組成[103]；其次，對(duì)于耳石元素研究主要集中在Sr、Ca、Na、Ba、C 和O等少數(shù)元素上，而涉及其它元素的研究較少，需要有效探索其它元素與各環(huán)境因素間的關(guān)系；第三，耳石穩(wěn)定同位素的研究主要集中在魚類，而對(duì)于頭足類洄游的研究較少；第四，耳石中化學(xué)元素沉積的機(jī)制還不完全清楚，化學(xué)元素變動(dòng)規(guī)律研究得也比較少[65]，今后需要加強(qiáng)這方面的研究。

3.2 角質(zhì)顎

與耳石相比，角質(zhì)顎更易獲取，且形態(tài)體積較大，容易切割。目前，對(duì)于角質(zhì)顎微量元素的研究主要是微量元素（Na、P、Zn）與環(huán)境因子（SST）相結(jié)合進(jìn)行分析，推測(cè)個(gè)體的洄游路線。在今后研究中，要考慮到其它微量元素，結(jié)合更多環(huán)境因子（如鹽度、葉綠素濃度等）進(jìn)行分析，推測(cè)個(gè)體的洄游路線。角質(zhì)顎中的蛋白質(zhì)和丁幾質(zhì)生長(zhǎng)是不可逆的，能夠永久記錄個(gè)體生活史中各階段的信息[91]。通過對(duì)角質(zhì)顎不同時(shí)間序列截面的穩(wěn)定同位素（δ13C、δ15N）進(jìn)行分析，可以得到攝食生態(tài)和營養(yǎng)級(jí)變化，從而推測(cè)其洄游路徑。然而，在研究那些遷移范圍較廣的捕食者的攝食生態(tài)時(shí)，由于其胃中未消化的角質(zhì)顎來源于不同的水域環(huán)境，導(dǎo)致通過角質(zhì)顎的穩(wěn)定同位素來確定捕食者的攝食生態(tài)會(huì)存在一定的誤差[104]。盡管如此，角質(zhì)顎穩(wěn)定同位素對(duì)于頭足類的攝食生態(tài)、棲息地重建和洄游路線推測(cè)等方面的研究仍具有良好的前景。

3.3 眼睛

微量元素分析通常應(yīng)用于鈣化的結(jié)構(gòu)上[105]，而眼睛晶體的鈣化程度基本為零[23]，因此并不適合用于微量元素分析。但眼睛晶體中含有大量蛋白質(zhì)，適用于碳氮穩(wěn)定同位素分析。與耳石相比，眼睛晶體為δ15N 分析提供豐富的氮物質(zhì)，且晶體同位素?cái)?shù)據(jù)的時(shí)間分辨率具有季節(jié)性，甚至更好[84]。目前，對(duì)于眼睛晶體的研究也存在一些缺點(diǎn)，主要是眼睛晶體中的部分結(jié)構(gòu)容易老化，在取樣過程中容易破壞晶體中的結(jié)構(gòu)，以及晶體生長(zhǎng)紋的不確定性，導(dǎo)致年齡的測(cè)定存在限制。在今后研究中，應(yīng)注意眼睛的提取與保存，并結(jié)合耳石年齡數(shù)據(jù)，掌握眼睛晶體各層形成的時(shí)間，從而重建個(gè)體生活史信息。

3.4 內(nèi)殼

頭足類內(nèi)殼中含有鈣物質(zhì)，適用于微量元素分析。目前，對(duì)于內(nèi)殼微量元素的研究主要應(yīng)用于生長(zhǎng)、種群結(jié)構(gòu)、醫(yī)藥學(xué)等，尚未見到應(yīng)用于洄游中的報(bào)道。而內(nèi)殼穩(wěn)定同位素分析在頭足類洄游中取得了一定進(jìn)展。除碳氮穩(wěn)定同位素外，氧的穩(wěn)定同位素在烏賊內(nèi)殼中應(yīng)用更為廣泛，在今后研究中，應(yīng)該要注重對(duì)氧同位素的研究。

綜上所述，硬組織的微化學(xué)在頭足類的洄游分布研究中已取得了一定進(jìn)展。但目前對(duì)于洄游路徑的研究大多數(shù)仍處在推測(cè)等定性分析上。在對(duì)硬組織測(cè)定分析時(shí)，往往只選取一個(gè)截面進(jìn)行測(cè)定，而忽視了其它截面。另外，每個(gè)硬組織都有其優(yōu)缺點(diǎn)（表2），在大多數(shù)研究中，往往只使用單一的硬組織進(jìn)行分析，這樣會(huì)導(dǎo)致一些信息存在著較大誤差，從而使結(jié)果出現(xiàn)偏差。在未來研究中，應(yīng)注重微量元素與穩(wěn)定同位素的結(jié)合或硬組織之間的結(jié)合，來進(jìn)行頭足類的洄游路線的分析，以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。

表2 頭足類各硬組織的優(yōu)缺點(diǎn)Table 2 Advantages and disadvantages of Cephalopod hard tissues