对于咸水中的昆虫来说，持续的新陈代谢可能代价高昂

“由于多种原因，淡水栖息地总体上变得更加含盐，包括道路盐和农业径流、煤炭和天然气的开采、干旱和海平面上升，”北卡罗来纳州立大学毒理学教授、《这个调查。 “生活在这些系统中的淡水昆虫和其他生物被用作生态系统健康的指标。当这些系统变得更咸时，我们发现昆虫多样性减少，但我们不确定原因。”

水生动物（包括昆虫和甲壳类动物）必须不断保持体内水和盐的正确平衡，这一过程称为渗透压调节。从理论上讲，对水生动物最有利的环境是外部盐度水平接近动物体内的环境。这样动物就不必努力维持渗透压调节。

然而，对于淡水昆虫来说，情况似乎恰恰相反，较高的盐度总是与昆虫的离子吸收率增加有关，但也与发育迟缓或死亡有关。

“我们认为淡水昆虫可能会将大量能量转移到盐分较高的环境中进行渗透调节，从而导致它们无法生长或繁衍，”布赫瓦尔特说。 “因此，我们测量了甲壳类动物和昆虫在稀释和含盐环境中的代谢率，看看对盐度的代谢反应是否相似。”

研究小组观察了三种淡水动物，其中两种是伽马科动物，或“飞毛腿”，这是一种小型淡水甲壳类动物；一只淡水蜗牛；和三种水生昆虫。

在第一个测试中，他们通过将动物放入具有不同盐离子浓度的水中并观察它们的耗氧率来测量它们的新陈代谢。他们观察到，更稀的环境使甲壳类动物和蜗牛呼吸更加困难，从而增加了它们的新陈代谢，而昆虫的代谢率无论盐度如何都保持不变。

接下来，研究小组研究了呼吸频率的增加是否与特定离子的传输有关。盐离子钙和钠的放射性同位素使研究人员能够测量动物吸收不同离子的数量和速度。

研究人员发现，钙是非昆虫在低盐度条件下新陈代谢增加的关键驱动因素。换句话说，甲壳类动物和蜗牛在钙更难找到的环境中更加努力地运输它们所需的钙离子。

相比之下，昆虫的代谢率在盐水和稀环境中保持恒定，尽管它们在盐水环境中具有较高的钙离子转运速率。昆虫似乎对钙的需求很少；事实上，之前的研究表明，过量的钙对它们有潜在的毒性。

研究人员认为，动物在移动盐时使用内部能量或主动运输可能是原因。

“当我们看到非昆虫的新陈代谢在稀薄的环境中增加时，这可能是因为它们必须更加努力地摄入更多的钙，”布赫瓦尔特说。 “虽然这似乎违反直觉，但对于在盐分较高的环境中更加努力地维持平衡的昆虫来说，情况恰恰相反，尽管它们的呼吸速率没有增加。相反，它们似乎利用了原本用于生长和生长的资源。当事情变得更咸时，开发“消除”过多的离子吸收。

“移动盐离子会给动物带来能量消耗，”布赫瓦尔特说。 “因此，对于淡水昆虫来说，生物体应该在接近其内部盐度的环境中繁衍生息的想法是错误的。此外，它们对钙的低需求可能有助于它们在昆虫通常在生态中占主导地位的非常稀薄的环境中繁衍生息。在这项研究中，钙似乎对甲壳类动物和蜗牛产生了压力。生活在相同栖息地的物种可以有如此不同的生理机能，这是令人着迷的。”

未来的工作将探讨这些生理差异是否基于所测试生物体的祖先，或者其外骨骼/壳中钙的使用。

这项工作发表在《实验生物学杂志》上，并得到了美国国家科学基金会的支持，拨款号为 IOS 1754884。候选人杰米·科克伦得到了晚安博士奖学金的支持。凯特琳·班克斯（Catelyn Banks）曾是北卡罗来纳州科学与数学学院的学生，也对这项工作做出了贡献。

资源 North Carolina State University. "Consistent metabolism may prove costly for insects in saltier water." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 October 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231006104558.htm>.