魚類在海洋生態系統中扮演著重要角色，但要研究牠們的生活史並不容易。在廣闊的海洋中，魚類的移動行實在難以追蹤。為了解決這個問題，研究人員開發了一種新方法，亦即通過分析魚類特定化合物的同位素訊號 (isotopic signature)，來解析魚類的遷徙洄游和營養階層轉換。
Harada等人 (2022) 係利用水晶體複合物胺基酸同位素分析 (Compound-Specific Nitrogen Isotope Analysis of Amino Acids, CSIA-AA) 方法來分析白腹鯖 (Scomber japonicus) 眼球中水晶體苯丙胺酸 (phenylalanine) 的氮同位素值 (δ15N 值)，其水晶體採樣和同位素分析如圖1所示。
苯丙胺酸是魚類必須通過食物攝取的胺基酸之一，其氮同位素值能夠提供魚類的長期攝食習性訊息。每個海域中的氮同位素值都有所不同，根據這些數值的分析結果，可以追蹤魚類所處的地理位置。而水晶體細胞層會隨著年齡增長逐漸加厚，且代謝活性較低。因此，通過分析不同層次的水晶體中胺基酸的氮同位素值，能夠還原白腹鯖在不同階段的生活史，並建立水晶體大小與魚體長之間的關係，並掌握各時期的移動和食階動態。
圖1、白腹鯖眼球水晶體採樣和同位素分析。1. 測量尾叉長；2. 取下右眼，去除結締組織，採集水晶體樣本；3. 在解剖顯微鏡下分離水晶體各生長層；4. 進行胺基酸與氮同位素分析 (修改自 Harada et al., 2022)。
在這項研究中，研究人員測量了在北太平洋西部捕獲之白腹鯖的眼球水晶體中個別胺基酸的氮同位素值，測試是否可以藉以區分其地理位置和營養階層的變化。他們發現，從單個眼球水晶體中最多可以獲得 34 個生長層 (growth layers)，半徑從 0.3 到 4.0 mm。研究人員比較各層次之水晶體半徑和尾叉長 (FL) 間的關係 (圖 2)，並將水晶體組織中觀察到的同位素值變化趨勢與特定的生活階段或不同體型的白腹鯖做比對。結果顯示，從幼年期 (FL∼30 mm) 到成年期 (FL∼300 mm) 的營養階層約增加了 1 個位階。眼睛水晶體中苯丙胺酸的氮同位素值變化為 -3 到 5‰，可用以推算其遷徙路徑。研究結果發現，在幼魚和稚魚階段，白腹鯖主要以亞熱帶海域 (黑潮) 作為產卵場及育成場域，氮同位素值相對較低。隨著生長，氮同位素值逐漸增加，顯示成年白腹鯖已洄游至亞寒帶 (親潮) 海域 (圖 3)。
圖2、以線性迴歸分析白腹鯖尾叉長與水晶體半徑之間的關係 (引用自 Harada et al., 2022)。
圖3、從不同的白腹鯖 (F1、F2 及 F3) 眼球取出水晶體樣本，測得 δ15N 值及年齡和尾叉長間的關係。a. 水晶體中測得的 δ15N 總值；b. 麩胺酸 (Glu) 和苯丙胺酸 (Phe) 的 δ15N 值；c. 使用水晶體的氮同位素值，比較白腹鯖與初級生產者之間的同位素值，計算出 δ15Nbaseline 值；d. 營養位階 (trophic position，TP) 與水晶體半徑的關係；e. 年齡與尾叉長的關係 (修改自 Harada et al., 2022)。
本篇報告確認了以胺基酸同位素分析水晶體複合物探討白腹鯖洄游路徑和營養階層的可行性，未來可進一步應用在其他海洋生物的生活史研究，並據以擬定更有效的漁業資源管理策略。
參考文獻
Harada Y., Ito S., Ogawa N. O., Yoshikawa C., Ishikawa N. F., Yoneda M. and Ohkouchi N. (2022) Compound-Specific Nitrogen Isotope Analysis of Amino Acids in Eye Lenses as a New Tool to Reconstruct the Geographic and Trophic Histories of Fish. Front. Mar. Sci. 8: 796532. doi: 10.3389/fmars.2021.796532