大多数物种的生理和行为，受到昼夜规律的影响[睡眠-觉醒周期，并大约每24小时重复一次的自然、内部规律]，这些规律与每天12小时光照：12小时黑暗周期的变化相适应。光照周期深度影响几乎所有生物体的生化、生理和行为过程。
一、光照周期对水生动物的影响
大量研究表明，明暗循环的变化与动物的各种代谢紊乱密切相关。在水生动物中，光照周期是影响从胚胎发育，到性成熟的整个生命周期的重要生物学因素。
近年来，越来越多的证据表明，明暗循环对各种水生物种的影响是多种多样的：一些物种对黑暗环境有天然的偏好，而另一些则在高强度光照下具有改善的生理状态。
不同的明暗循环会影响鱼类的生长、消化率和生理代谢。在甲壳类动物中，肝胰腺是重要的器官，是营养物质消化、吸收和代谢的主要场所。南美白对虾（Litopenaeus vannamei）是全世界主要养殖的虾类。迄今为止，南美白对虾在不同明暗循环下，调节生理代谢过程的研究有限。然而，肝胰腺和肠道可以成为研究虾对不同明暗循环反应机制的靶点。
今天，笔者就分享一项最新的研究，该研究主要研究不同的光照/黑暗循环（12小时光照/12小时黑暗，0小时光照/24小时黑暗）对南美白对虾肝胰腺代谢，以及肠道微生物群的影响，为南美白对虾的养殖，提供了科学的理论知识。
二、研究设计
1、该研究将18尾只南美白对虾幼虾（个体体重大约为0.72克），随机分为两组：自然光照组（12小时光照：12小时黑暗），以及黑暗组（0小时光照：24小时黑暗），每组分为3个小组。
图1：本研究采用的实验方案示意图。
2、经过八周的喂养试验后，使用数码相机捕捉虾体颜色，然后使用商业软件程序进行分析。收集并分析了，南美白对虾的血淋巴、肝胰腺和肠道内容物的各种样本。
三、结果和讨论
1、甲壳类动物体色的变化，作为一种与多种生理生态明显相关的因素，且可量化的现象，而备受关注。甲壳类动物具有受到光周期影响，改变颜色的能力，这可能在独特的海洋环境中发挥光保护，以及增强伪装等作用。
2、在我们的研究中，发现一个有趣的发现是，在为期八周的喂养试验中，南美白对虾的体色在黑暗组中变得更深，这可能与特定基因的表达降低有关。虽然甲壳动物体色变化的分子机制尚不清楚，但多项研究表明，体色的调节可能与甲壳色素基因基因的表达有关。
图2：我们研究中南美白对虾的体色。(A) 数码相机拍摄的图像。(B) 基于图像的红色、绿色和蓝色 (RGB) 颜色值分析。（*表示两组之间存在显着差异。）
3、虾青素是一种在自然界中发现的类胡萝卜素，由植物、藻类、几种细菌和真菌产生的黄色、橙色和红色的有机色素，似乎是甲壳类动物颜色的主要色素，约占所有甲壳类动物的65%至98%。虾类中发现的类胡萝卜素。高活性虾青素色素的稳定性与甲壳色素形式相互作用的结果。
4、研究人员报告说，南美白对虾感染了多种弧菌。消耗的饲料较少，这时候它们的体色往往更深。我们的肠道微生物群分析证实，黑暗组的弧菌相对数量增加。因此，我们认为，我们实验中的黑暗组降低了甲壳素基因的表达，增加了肠道弧菌的数量，导致南美白对虾体色发生了变化。然而，所涉及的分子机制仍不清楚。
图3：南美白对虾肠道菌群分析结果，包括门 (A) 和属 (C) 水平的细菌组成，光照组和黑暗组在门 (B) 和属 (D) 的组成存在显着差异。
5、大多数生物体已经进化出一个内部生物钟，驱动其新陈代谢、生理和行为的昼夜节律。生物钟使用24小时明暗循环作为环境信号，以建立同步多种生物功能的内部（内源性）昼夜计时系统。在我们的研究中，我们观察到南美白对虾肝胰腺中的某些生物钟基因，在持续黑暗处理下被下调[它们的表达降低] ，包括一些参与胰岛素调节的基因。
6、在无脊椎动物中，胰岛素通路的作用不仅包括葡萄糖稳定（体内平衡），还包括调节各种基本过程，如：生长、衰老和繁殖。总体而言，我们的结果提供了第一个证据，即持续的黑暗可能影响南美白对虾肝胰腺中的激素调节。
7、光暗循环作为免疫功能的重要调节因子，已在哺乳动物中得到广泛描述，但关于这种生物现象对水生动物的影响的信息很少。根据少量的研究报告表明，在不同的鱼类中，先天免疫系统有一个基于光-暗循环的昼夜规律。我们还发现，持续的黑暗显着抑制了南美白对虾肝胰腺中免疫相关基因的表达，包括一些参与激活虾对入侵病原体的免疫防御的基因。这些结果表明，持续的黑暗损害了南美白对虾肝胰腺的免疫功能。
8、肠道菌群调节宿主生理过程，在促进和维持宿主健康方面发挥着至关重要的作用。我们的数据显示，黑暗组显着增加了南美白对虾肠道中的几个细菌属的相对丰度，包括Ruegeria、Vibrio、Actibacter、Roseovarius、Ilumatobacter和Kriegella。值得注意的是，黑暗组促进了致病菌，如：弧菌的增殖，弧菌是引起水生动物弧菌感染，最典型和最著名的病原体。
四、研究观点
总体而言，我们的研究结果表明，持续的黑暗导致南美白对虾体色更加模糊、肝胰腺代谢改变和肠道微生物群稳态改变。在持续黑暗八周后，参与调节营养代谢、体色形成、昼夜节律、免疫功能、激素水平和其他功能的基因被下调。进一步的肠道微生物群分析表明，持续黑暗引起的肠道细菌丰度和昼夜节律的改变，增加了对各种病原体的易感性，并降低了营养代谢。
我们的研究结果，为进一步了解不同明暗周期对虾生理过程（包括体色、肝胰腺代谢和肠道微生物群）的影响提供了重要参考，有助于通过调节明暗周期来改善养虾的产量。
