在溫帶地區的源頭溪流中，濃密的河岸植被每年向水體輸入大量的陸地有機質（terrestrial organic matter, tOM），主要是秋季凋落的樹葉。這些tOM構成了連接陸地與水生生態系統的關鍵環節，是許多淡水生物，特別是撕食性無脊椎動物（撕食者，Shredders）的主要食物來源。撕食者通過取食被微生物定殖的凋落物，在有機質分解和營養級聯中扮演著核心角色，是水陸生態系統間能量和營養物質傳輸的重要橋梁。

脂肪酸（Fatty Acids, FAs），特別是多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acids, PUFAs），在水生食物網中具有至關重要的作用。它們不僅是支持生物體健康、提供能量和執行代謝功能的關鍵營養因子，還影響著個體的生長、繁殖及整個生態系統的動態。其中，一些PUFA如二十碳五烯酸（Eicosapentaenoic acid, EPA）、二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid, DHA）、α-亞麻酸（Alpha-linolenic acid, ALA）、亞油酸（Linoleic acid, LIN）和花生四烯酸（Arachidonic acid, ARA）被認為是必需脂肪酸，許多水生生物無法從頭合成或合成量不足以滿足其生理需求。因此，撕食者等水生消費者必須從食物中獲取這些必需的PUFAs，其可獲得性是決定消費者生長、繁殖和存活的關鍵。

然而，陸地植物材料通常天然缺乏長鏈多不飽和脂肪酸（Long-Chain PUFAs, LC-PUFAs，指碳原子數≥20的PUFA），對水生消費者的直接營養價值有限。在源頭溪流中，濃密的河岸植被導致的遮蔭限制了初級生產，使得這些系統呈現凈異養狀態。因此，溪流撕食者可能面臨飲食中PUFA可及性的限制，這可能影響其生長和生物量積累。此外，不同類型的tOM（如不同樹種的葉片）具有特定的生化和脂肪酸組成。微生物定殖（包括細菌和真菌）進一步改變tOM的生化成分，可以增強其營養品質。微生物活動可能有助于補償tOM初始較低的FA水平，尤其在以碎屑為主的源頭溪流系統中，富含PUFA的資源（如藻類）稀缺。微生物定殖受到環境條件的調節，特別是氧氣可及性。在有氧條件下，更豐富和活躍的微生物群落可能促進tOM分解并提升其營養品質；而在缺氧條件下，厭氧微生物過程占主導，通常缺乏合成LC-PUFA的酶途徑，可能導致tOM的FA組成發生改變，進一步限制PUFA的可獲得性。

撕食者以微生物定殖的tOM為主要飲食資源，是水陸資源傳輸的重要環節。作為脂肪酸的“累積者”，它們無法通過代謝有效調節自身的FA譜，其生長和生物量積累依賴于充足的膳食PUFA供應。然而，目前尚不清楚撕食者是否持續獲得有利定殖的tOM，PUFA的可獲得性在特定時期可能受限。這引發了一個問題：當面臨PUFA限制時，撕食者是否會消耗儲存的PUFA來維持生理過程？這可能導致其脂質或PUFA的耗竭。

為探究此問題，本研究評估了不同tOM來源和微生物定殖條件如何影響一種毛翅目撕食者模型（Sericostoma sp.）的生物量和PUFA積累。具體而言，我們檢驗了tOM消費者的FA組成如何隨其所消耗的tOM類型及其微生物預處理（有氧vs.厭氧）而變化。我們假設：（1）與喂食厭氧預處理tOM的撕食者相比，喂食有氧預處理tOM的撕食者具有改善的FA譜和生物量（即含有更高的總脂質、PUFA濃度和更大的生物量增益）；（2）不同的tOM類型將導致撕食者產生不同的PUFA譜和生物量結果，因為當消耗PUFA含量較低的tOM時，撕食者可能會代謝儲存的PUFAs或表現出生物量增長減緩。

本研究在實驗室中，使用三種類型的tOM（榿木Alnus glutinosa、山毛櫸Fagus sylvatica和楓樹Acer platanoides的葉片材料）喂養毛翅目撕食者模型Sericostoma sp.，持續25天。自然脫落的干燥葉片被切割成圓片，并經受有氧和厭氧兩種條件下的微生物預處理。對于厭氧預處理，葉圓片被埋在粘土漿中，模擬自然河床中富含細沉積物的低氧條件，并在黑暗中12°C下培養28天。對于有氧預處理，葉圓片在通氣的溪流水體中，于12°C黑暗條件下培養7天。預處理期結束后，葉片被洗凈并立即投喂給飼養在受控實驗室微宇宙中的撕食者。整個25天的喂養期內，撕食者持續獲得來自同一批次預處理葉片的材料，以模擬對經歷不同微生物歷史的凋落物的逐步消耗。每個微宇宙包含10個Sericostoma個體，投喂0.8克干葉材料，每個處理設置5個重復。同時，在實驗開始時采集了50個撕食者作為對照組，以評估其初始的生物量、總脂質濃度和FA譜。

實驗結束后，測量撕食者的生物量，并利用氣相色譜-火焰離子化檢測器（GC-FID）對撕食者和葉片的脂肪酸甲酯（FAMEs）進行定量分析。我們量化了單個FAs，并將其根據飽和度分為飽和脂肪酸（SFA）、單不飽和脂肪酸（MUFA）和多不飽和脂肪酸（PUFA）。PUFA進一步分為短鏈PUFA（SC-PUFA）和長鏈PUFA（LC-PUFA）、Omega-3 PUFA（n-3 PUFA）和Omega-6 PUFA（n-6 PUFA）。此外，還估算了作為細菌生物標志物的細菌脂肪酸（BFA）和與tOM來源相關的陸源脂肪酸（TerrFA）。

統計分析使用R軟件進行。采用廣義線性混合效應模型檢驗tOM類型和預處理對撕食者生物量、總脂質和各FA濃度的影響。通過基于距離的方法（PERMANOVA）和non-metric multidimensional scaling (NMDS) 分析比較不同處理間撕食者FA譜的差異。此外，還計算了每個撕食者的PUFA含量以及實驗期間的凈PUFA變化。

撕食者的生物量在不同tOM類型間存在顯著差異，但微生物預處理的影響不顯著。在所有處理中，撕食者的生物量相較于對照組的初始生物量均有所增加。以有氧預處理的榿木葉為食的撕食者生物量最高，其次是以有氧預處理的楓樹葉和厭氧預處理的櫸樹葉為食的撕食者。對照組生物量最低。

撕食者的總脂質含量隨tOM類型不同而有顯著變化。盡管微生物預處理的影響在統計上不顯著，但有氧處理組的總脂質含量普遍高于其對應的厭氧處理組。以有氧預處理的榿木葉為食的撕食者總脂質含量最高，其次是以厭氧預處理的榿木葉為食的撕食者和對照組。相比之下，以山毛櫸和楓樹葉為食的撕食者總脂質含量低于對照組。

撕食者的PUFA含量在不同tOM類型間存在顯著差異，但不受微生物預處理的顯著影響。PUFA含量在以有氧預處理的榿木葉為食的撕食者中最高，幾乎是以厭氧預處理的山毛櫸葉為食的撕食者（所有處理中最低）的兩倍。以榿木葉為食的撕食者（無論有氧還是厭氧條件）PUFA含量均高于對照組，而對照組的PUFA含量又高于以山毛櫸或楓樹葉為食的撕食者。

在不同PUFA成分中，撕食者的FA組成因其消耗的tOM資源而異。撕食者中主要的PUFAs是LIN、EPA和ARA。在以有氧預處理榿木葉為食的撕食者中，這些PUFAs的濃度最高。相比之下，以山毛櫸和楓樹葉為食的撕食者以及對照組中，這些主要PUFAs的濃度較低。DHA和ALA在所有處理中始終保持低水平。

在SC-PUFA成分中，對照撕食者的ALA濃度高于喂食所有其他tOM資源的撕食者。相反，LIN水平在以榿木葉為食的撕食者中最高，而以山毛櫸和楓樹葉為食的撕食者LIN濃度低于對照組。在LC-PUFA成分中，所有喂食tOM的撕食者ARA濃度均高于對照組。EPA濃度在以榿木葉和楓樹葉為食的撕食者中升高，超過了對照組的水平。而以山毛櫸葉為食的撕食者EPA濃度最低。DHA濃度在消耗厭氧tOM資源的撕食者中高于對照組，而對照組又高于消耗有氧tOM的撕食者。

有趣的是，與它們的飲食相比，ARA和EPA在tOM食物資源中含量極低或缺失，且在對照組中也較低，但在以榿木葉為食的撕食者中特別高。

各FA組的濃度在以有氧預處理的榿木葉為食的撕食者中最高。對照組的FA濃度也高于以山毛櫸或楓樹葉為食的撕食者。在每個FA組內，消耗有氧預處理tOM的撕食者濃度通常高于消耗厭氧預處理tOM的撕食者。單不飽和脂肪酸（MUFA）是所有撕食者消費者中占主導地位的FA組，而陸源脂肪酸（TerrFA）的濃度最低。

我們進一步探索了不同tOM處理下PUFA同化效率的差異。每個撕食者的PUFA含量在不同tOM類型間存在顯著差異。每個撕食者的PUFA含量在以有氧預處理的榿木葉為食的撕食者中最高，而在以厭氧預處理的櫸樹葉為食的撕食者中最低。平均而言，有氧喂養的撕食者每個個體的PUFA含量傾向于高于厭氧喂養的撕食者。在所有tOM類型中，有氧喂養的撕食者每個個體的PUFA含量也高于對照撕食者。

凈PUFA變化分析顯示，在以有氧和厭氧預處理的榿木葉為食的撕食者中均觀察到了凈PUFA增益，這由SC-PUFA和LC-PUFA共同貢獻。這些值始終高于在山毛櫸和楓樹葉喂養的撕食者中觀察到的值。在榿木喂養處理中，PUFA增益主要來自LIN、ARA和EPA，盡管榿木葉片飲食本身中EPA和ARA的含量極低或缺失。相比之下，在厭氧條件下，以楓樹葉和山毛櫸葉為食的撕食者均觀察到凈PUFA損失。在所有tOM類型中，厭氧條件下的PUFA含量始終低于有氧條件。值得注意的是，ALA在所有處理中都顯示凈損失。

PERMANOVA分析表明，tOM類型和微生物預處理都顯著影響撕食者的FA譜。對于分組FA譜，tOM類型有顯著影響。對于單個FA譜，tOM類型和微生物預處理都對觀察到的變異有顯著貢獻。FA和PUFA譜在不同處理間存在差異，且與對照組不同。對照撕食者的FA/PUFA譜更相似，而實驗撕食者表現出更大的變異性，其中榿木和山毛櫸處理顯示出最廣泛的分布。所有飲食都導致了FA/PUFA譜的轉變。處理間的差異反映了PUFA譜的轉變，因為個體處理更緊密地圍繞特定的PUFA加權平均物種得分排列。同時，PUFA濃度在處理間和處理內均有變化。PUFA濃度在榿木處理中最高，而山毛櫸處理表現出較低的濃度。

實驗結果對我們最初的假設提供了細致的解讀。雖然撕食者Sericostoma sp.的生物量在所有實驗組中相較于對照組的初始生物量均有所增加，但只有喂食有氧預處理榿木葉的撕食者表現出更高的總脂質含量、凈PUFA增益以及相較于對照組和其他實驗組提升的PUFA水平FA譜。相比之下，以山毛櫸和楓樹葉tOM為食的撕食者總脂質含量較低，FA譜中PUFA水平較低，凈PUFA增益較低或無。這些結果部分支持了我們的第一個關于有氧預處理通常能提供更好資源的假設，但完全符合我們的第二個假設，因為tOM類型的差異導致了不同的FA譜和PUFA積累。可以說，tOM的營養質量驅動了當撕食者消耗低質量資源時，對內部PUFA儲備的依賴增加。

以山毛櫸和楓樹葉為食的撕食者PUFA含量下降，盡管其生物量增加，這表明PUFA含量并未與生物量增益成比例增加。這可能反映了為支持基本生理功能而增加的代謝周轉，而非儲存。在厭氧條件下，以山毛櫸和楓樹葉tOM為食的撕食者甚至表現出凈PUFA損失，表明這些資源沒有提供足夠的PUFAs用于積累，并可能迫使撕食者動用內部儲備以維持生長。因此，以低質量飲食為食的撕食者可能以消耗PUFA儲備為代價來維持生長。

昆蟲，包括大型無脊椎撕食者，通常被認為合成和延長必需FAs的能力有限，特別是LC-PUFA如EPA和ARA。因此，撕食者FA含量的變化必須反映其生活史的變化，或者在沒有這些變化的情況下，反映其飲食的營養質量。先前的研究表明，選擇性地取食葉片表面營養豐富的真菌和微生物斑塊，是增強營養攝入的一種策略。然而，像陸地葉片這樣的低質量資源會在消費者與其飲食之間產生化學計量失衡，這會增加維持體內平衡的成本并限制生長。我們觀察到的所有飲食下的生物量增加，相比之下，表明tOM盡管通常被認為是低質量資源，但為撕食者的生長提供了足夠的營養。有趣的是，以榿木葉為食的撕食者不僅表現出更大的生物量，而且具有更高的LC-PUFA水平（特別是ARA和EPA，在tOM資源中缺失），這完全出乎意料。這可能表明從更高質量的tOM中更有效地同化和保留了這些FAs。

一種可能性是LC-PUFAs來自膳食來源。然而，我們對實驗中使用的tOM飲食的分析顯示，tOM含有較高的SC-PUFAs，但LC-PUFA水平低于在撕食者中發現的水平，使得膳食攝入不太可能解釋以榿木葉為食的撕食者中LC-PUFA的富集。此外，類似的研究證實了這一點，報告tOM是溪流中LC-PUFA的貧乏來源，進一步支持了tOM本身不足以解釋觀察到的富集。

另一個潛在的解釋與撕食者的選擇性攝食行為有關；如果給予選擇，它們會優先取食最高質量的資源，例如營養更優的凋落物。具體來說，實驗撕食者可能一直在取食在有氧微生物預處理的tOM上建立的、特別營養豐富的微生物生物膜，其營養質量會提高撕食者的LC-PUFA譜。然而，這一假設并未得到我們tOM飲食分析的完全支持，因為這些飲食缺乏與撕食者中發現的量相當的LC-PUFA（如ARA和EPA）。雖然微生物活動可以增加凋落物中的PUFA含量，但我們的測量表明，LC-PUFA如EPA、ARA和DHA在預處理的tOM中仍然極低，這與普遍接受的、新脫落的陸地葉片中缺乏這些FAs的觀點一致。此外，盡管在有氧條件下對tOM進行微生物預處理增加了凋落物中的PUFA含量，但它并未顯著影響撕食者的PUFA譜。這表明，雖然微生物預處理可能通過改善碳氮比（C:N）和蛋白質含量來提高tOM的營養品質，但這并不一定會轉化為撕食者體內更高的PUFA含量。相反，真菌可能貢獻高水平的SC-PUFA，如ALA和LIN，特別是在有氧條件下。然而，這些SC-PUFA仍然需要被生物轉化為LC-PUFA才能支持撕食者的生理機能。

第三種也是最引人入勝的可能性是，撕食者從SC-PUFA前體合成LC-PUFAs。這一解釋得到了單個FAs反應的證實：對照組的ALA濃度高于處理組，而所有喂食tOM的撕食者ARA濃度均高于對照組。此外，本研究中以榿木葉為食的撕食者SC-PUFA（LIN和ALA）水平顯著更高，這與LC-PUFA水平的增加相對應。同時，與提供的tOM相比，撕食者體內的ALA減少了，表明ALA可能被轉化為EPA。類似地，對照撕食者的ALA濃度高于喂食tOM飲食的實驗撕食者，這可能是由于實驗撕食者中SC-PUFA向LC-PUFA的轉化增強了。這與最近在搖蚊中的發現一致，證明了SC-PUFA生物轉化為LC-PUFA的潛力。我們的結果表明Sericostoma撕食者可能具有類似的能力。觀察到tOM含有高水平的SC-PUFAs但極少的LC-PUFAs，而撕食者表現出相反的模式，有力地支持了生物轉化假說。這種機制對水生消費者尤其重要，因為LC-PUFA如EPA、DHA和ARA對生長、繁殖和整體健康至關重要。

因此，我們的發現表明，撕食者可能采用雙重策略，既保留又合成LC-PUFAs，以滿足其營養和生理需求。這種能力使它們即使在膳食來源有限的情況下，也能維持由LC-PUFAs支持的關鍵生理過程，如細胞膜流動性、生長和繁殖。這種策略在以tOM驅動的源頭溪流撕食者食物網中將特別有利，因為那里LC-PUFAs通常稀缺。生物轉化的效率可能取決于高質量食物來源的可獲得性。雖然榿木可能沒有直接提供LC-PUFAs，但