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(hù)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(hù)珊瑚。

——江雷 中國科學(xué)院南海海洋研究所助理研究員

(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(tuán)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(jī)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(hù)珊瑚礁提供了正面、積極的啟示?！?/p>

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(tuán)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(qiáng)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(jìn)行相應(yīng)改造。之后才會有其他的生物相繼進(jìn)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(jī)能適應(yīng)環(huán)境變化；另一種類型稱作進(jìn)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(jìn)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(jìn)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妆硎尽７跤仔吐菇潜紊汉鞯姆敝撤绞绞求w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(jī)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(jìn)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(jìn)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。”江雷說。

在長達(dá)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(qiáng)。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(jìn)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?！苯妆硎荆隈Z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(qiáng)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(jī)制對珊瑚幼蟲來說，可謂是大有裨益。”江雷表示，處于浮游階段的幼蟲，能量物質(zhì)的補(bǔ)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(fù)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(dá)也發(fā)生了顯著上調(diào)，與此前發(fā)現(xiàn)的相關(guān)生理機(jī)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?！苯妆硎?，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(jìn)行選育擴(kuò)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。”江雷表示，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。科研人員要背著數(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(hù)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(hù)珊瑚。