科學(xué)研究正在為珊瑚尋找應(yīng)對氣候變化的新路徑。盡管科研人員在不遺余力地設(shè)法保護珊瑚，但是導(dǎo)致珊瑚種群生存困難的根本問題在于當(dāng)前氣候變化速度過快。解決根源問題，即降低碳排放，避免氣候變化速度過快，才能更好地保護珊瑚。

——江雷 中國科學(xué)院南海海洋研究所助理研究員

◎本報記者 何 亮

(資料圖片僅供參考)

珊瑚作為一種海洋生物，因其繽紛的色彩、特殊的生存方式而受到人們的關(guān)注。珊瑚對生存環(huán)境的變化較為敏感、對生存環(huán)境的要求較為苛刻，氣候變化影響下的水溫升高會導(dǎo)致大量珊瑚白化死亡。

近日，生態(tài)學(xué)期刊《分子生態(tài)學(xué)》在線發(fā)表了由中國科學(xué)院南海海洋研究所黃暉團隊領(lǐng)銜完成的論文，揭示了珊瑚應(yīng)對氣候變暖的馴化適應(yīng)及其生理和分子機制。論文共同第一作者、中國科學(xué)院南海海洋研究所助理研究員江雷在接受科技日報記者采訪時表示：“這項研究有助于我們正確認(rèn)識珊瑚對海水升溫的適應(yīng)潛力，為人類保護珊瑚礁提供了正面、積極的啟示。”

孵幼型珊瑚，礁體上的“拓荒者”

長期以來，珊瑚除了因為五彩斑斕的色彩而備受人們關(guān)注，關(guān)于它還有一個問題常常令人困惑——珊瑚究竟是動物，還是植物？

事實上，珊瑚是動物，是一種較低等的刺胞動物。珊瑚之所以色彩斑斕，是因為其體內(nèi)生活著一種微小的藻類——蟲黃藻。蟲黃藻可以通過光合作用為珊瑚提供能量，保證珊瑚的生存。如果珊瑚失去蟲黃藻，就會餓肚子，最終因沒有能量來源而餓死。

珊瑚與蟲黃藻復(fù)雜的共生關(guān)系，不僅關(guān)乎珊瑚的生存，也是科研人員研究的重點。此次研究中，黃暉研究團隊主要研究的珊瑚種類是孵幼型鹿角杯形珊瑚。

“孵幼型鹿角杯形珊瑚比較特殊，是‘先鋒物種’，這也是我們選擇孵幼型鹿角杯形珊瑚作為研究對象的一個原因。當(dāng)一個生態(tài)系統(tǒng)受到破壞或者干擾的時候，‘先鋒物種’是最早出現(xiàn)的一類生物?！蠕h物種’就像‘拓荒者’一樣，率先開啟了生態(tài)演替和重塑生物群落的旅程?！苯妆硎?，“因為發(fā)育快，繁殖能力強等原因，一旦有新的合適生存環(huán)境出現(xiàn)，孵幼型鹿角杯形珊瑚的幼蟲會最先長到礁體上開拓生存環(huán)境，并對礁體進行相應(yīng)改造。之后才會有其他的生物相繼進駐這一生存環(huán)境?！?/p>

選擇孵幼型鹿角杯形珊瑚作為研究對象，另一個重要的原因是其對環(huán)境的適應(yīng)類型。江雷介紹，在自然界，生物對環(huán)境的適應(yīng)有兩種不同類型：一種類型稱作表型可塑性適應(yīng)，即生物的生理過程是彈性可變的，生物通過調(diào)整機能適應(yīng)環(huán)境變化；另一種類型稱作進化適應(yīng)(又稱遺傳適應(yīng))，即生物在許多世代中由自然選擇進行演化、篩選，最終完成對環(huán)境變化的適應(yīng)。

“我們選擇表型可塑性適應(yīng)來進行研究，是因為對這種適應(yīng)類型的研究時間周期較短，容易捕獲研究結(jié)果，顯現(xiàn)成果差異?！苯妆硎?。孵幼型鹿角杯形珊瑚的繁殖方式是體內(nèi)受精，幼體在母體內(nèi)發(fā)育，發(fā)育成為幼蟲之后，再由母體排出體外。孵幼型鹿角杯形珊瑚排放出來的幼蟲發(fā)育周期在1個月左右，是卵生型珊瑚的十分之一。

開展對比實驗，揭示生理調(diào)節(jié)機制

在中科院南海海洋研究所的實驗室里，一排排燈光格外顯眼。光線照射下，顏色各異的珊瑚生活在人工營造的生態(tài)系統(tǒng)里。江雷等科研人員對孵幼型鹿角杯形珊瑚的馴化實驗也正是在這里進行。

“在野外，珊瑚生存的正常水溫是29攝氏度。我們通過溫控系統(tǒng)，將珊瑚缸中的水溫以每天約0.5攝氏度的速度進行提升。大約一個星期后，珊瑚缸中的水溫會升至32攝氏度，并保持此溫度。此次研究中的孵幼型鹿角杯形珊瑚幼蟲，正是在上述高溫環(huán)境中完成在母體珊瑚體內(nèi)的發(fā)育和出生?！苯渍f。

在長達1個月的研究中，科研人員觀察到了很多現(xiàn)象。經(jīng)過高溫馴化后，孵幼型鹿角杯形珊瑚母體的代謝受到了不利影響，不僅光合作用降低，還發(fā)生了白化現(xiàn)象?？墒?，馴化組子代幼蟲的表現(xiàn)卻不一樣，與對照組子代幼蟲相比，經(jīng)過高溫馴化的子代幼蟲能適應(yīng)更高的水溫，其最適生存溫度有了明顯提升，對高溫的適應(yīng)性得到了增強。江雷表示：“這說明，僅僅一個月的馴化就對子代幼蟲的表型產(chǎn)生了較為明顯的影響?！?/p>

僅憑一組數(shù)據(jù)，尚不足以得出定論。接下來，科研人員又進行了交叉移植實驗。科研人員分別將經(jīng)歷了馴化組的幼蟲和對照組的幼蟲置于對照溫度與高溫環(huán)境。對比的結(jié)果與此前的結(jié)論較好地吻合，證明珊瑚母體的熱馴化緩解了高溫對子代幼蟲的不利影響。

“上述現(xiàn)象背后，是珊瑚幼蟲生理狀態(tài)的調(diào)整。”江雷表示，在馴化之后，幼蟲的蟲黃藻的光合活性與光合速率得到了提高。幼蟲的蟲黃藻變得更強大，對高溫的適應(yīng)能力也更好。與此同時，幼蟲的呼吸消耗降低了。這就意味著，幼蟲能在獲得更多營養(yǎng)物質(zhì)的同時，支出更少的能量消耗。

“這一生理調(diào)節(jié)機制對珊瑚幼蟲來說，可謂是大有裨益?！苯妆硎?，處于浮游階段的幼蟲，能量物質(zhì)的補充全部依賴于蟲黃藻的光合作用。如果生產(chǎn)得多且消耗得少，幼蟲的能量儲備就會更加充足，也會利于其生存。

此次研究中，科研人員還發(fā)現(xiàn)，馴化后的珊瑚幼蟲中負責(zé)從蟲黃藻轉(zhuǎn)移脂類、糖類和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的宿主轉(zhuǎn)運蛋白基因表達也發(fā)生了顯著上調(diào)，與此前發(fā)現(xiàn)的相關(guān)生理機制相符。

發(fā)揮科技力量，提供更多拯救路徑

在氣候變化影響導(dǎo)致水溫升高、威脅珊瑚種群生存的當(dāng)下，我們能否利用科技找到更多拯救珊瑚種群的路徑？

“在氣候變化越發(fā)明顯的當(dāng)下，每一次海洋熱浪事件都相當(dāng)于對珊瑚的一次馴化。”江雷表示，在未來，野外環(huán)境中的馴化事件及其引發(fā)的適應(yīng)效應(yīng)將會越來越多。

在我國，珊瑚修復(fù)工作正在如火如荼地展開。借助中國南海相對于其他珊瑚生活海域位置偏北的地理位置優(yōu)勢，我國科研人員在三亞、西沙等潮間帶淺水區(qū)的極端生境中尋找能夠存活下來的珊瑚，并將它們移植到實驗室進行選育擴繁，最終把這些珊瑚再次回植到天然的生境中。

“此次研究的孵幼型鹿角杯形珊瑚，也來自生境惡劣的潮間帶?！苯妆硎?，在海底種珊瑚與在陸地上植樹造林有一定的相似之處，卻比在陸地上植樹造林辛苦得多?？蒲腥藛T要背著數(shù)十斤重的裝備在水底打樁固定，水下失重的環(huán)境也讓工作難度大大提升。

此次研究的論文通訊作者、中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室研究員黃暉介紹，截至目前，南海海洋研究所共建設(shè)了40畝苗圃，一年可產(chǎn)出約7萬株珊瑚苗；還建設(shè)了300畝的修復(fù)區(qū)，扭轉(zhuǎn)了實驗依靠野外采苗的現(xiàn)狀。目前，科研人員播種到海床的珊瑚苗均出自人工培育。

“盡管科研人員在不遺余力地設(shè)法保護珊瑚，但是導(dǎo)致珊瑚種群生存困難的根本問題在于當(dāng)前氣候變化速度過快?！苯妆硎荆茖W(xué)研究正在為珊瑚尋找應(yīng)對氣候變化的新路徑，而解決根源問題，即降低碳排放，避免氣候變化速度過快，才能更好地保護珊瑚。

關(guān)鍵詞： 生態(tài)演替 光合速率 轉(zhuǎn)運蛋白