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耐热基因助珊瑚适应气候变化,海洋不仅是失去

时间:2019-08-18 22:08来源:科学研究
珊瑚礁是海洋特别是热带地区海洋生态系统的重要组成部分。珊瑚虫通过分泌碳酸钙,在身体四周筑造了一间“小房子”,而珊瑚礁就是一代代珊瑚虫留下的“空房子”。神奇的珊瑚礁

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珊瑚礁是海洋特别是热带地区海洋生态系统的重要组成部分。珊瑚虫通过分泌碳酸钙,在身体四周筑造了一间“小房子”,而珊瑚礁就是一代代珊瑚虫留下的“空房子”。神奇的珊瑚礁还为众多海洋生物提供了生存家园,堪称“海中热带雨林”。

根据最近发表的一项研究结果显示,三种加勒比海珊瑚物种足以抵御预计在下个世纪发生的海洋酸化水平的上升。然而,虽然珊瑚能够在异常恶劣的环境中生存和生长,但它们的骨骼受到严重影响,使它们容易受到侵蚀。

图片来源:imageBROKER

新豪天地登录网址,然而,科学家们多年研究认为,到本世纪末,人类可能将面对一片没有珊瑚的海洋。与此同时,数万种以珊瑚礁为家的海洋生物也将一同消失。

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珊瑚礁仍余勇可贾。面对气候变化,最新发现正给人们以希望:一些珊瑚通过抵抗上升的温度和海洋酸化,能比研究人员想象的更加长久地生存下去。

这一预测并非危言耸听。近日,对澳大利亚大堡礁的研究发现,新生珊瑚数量比历史同期下降了89%。如果没有新生珊瑚不断合成新“房子”,即便像大堡礁这样绵延2000多千米的巨型珊瑚礁群,也会在几十年内被海浪逐渐瓦解。

我们的蓝色星球的多样化海洋生态系统正在被人类戏剧性地改变。塑料垃圾和其他形式的人为污染困扰着曾经原始的海洋,而整个物种正因过度捕捞而濒临灭绝。其他形式的水下生活遭受以人为主导的气候变化的副作用。温度上升给珊瑚群体带来了巨大的压力,导致它们驱逐共生藻类,从而“ 白化”。这可能导致珊瑚死亡,这反过来又会对其生活的生态系统产生重大影响。

随着证实一些能忍受温度不断上升的珊瑚会通过基因将这一特质传给其后代的试验消息传出,这种日益增加的关于珊瑚礁惊人应变能力的证据如今获得了更多的支持。

究竟是什么导致了珊瑚的减少?珊瑚的缤纷色彩主要源于体内共生的虫黄藻。这种单细胞生物能为珊瑚提供能量物质。当海水升温到一定程度时,虫黄藻的生活状态发生改变,不生产能量而产生有毒物质。珊瑚于是会将虫黄藻全部吐出体外,造成所谓的“白化”现象。失去虫黄藻这一重要的能量来源,珊瑚只能面对死亡的结局。

珊瑚还受到地球大气中碳含量升高带来的海洋酸度增加的影响。每天大量的大气二氧化碳被地球的海洋吸收。当发生这种情况时,化学反应会降低海水的pH值,使其更加酸性。这反过来又减少了水中存在的碳酸钙的量,珊瑚需要这些碳酸钙来构建它们的骨骼并因此变得更大。

珊瑚礁里居住着四分之一的海洋生物,但在今后几十年内正面临“组合拳”的威胁。更加温暖的海水会漂白珊瑚,并且剥离生活在珊瑚组织内的光合微生物。同时,大气二氧化碳浓度的增加正在影响海洋化学:二氧化碳在海洋中溶解,变成降低pH值的碳酸,并因此使珊瑚更难生长出骨骼。这种结合使一些科学家预测,大多数珊瑚将在21世纪结束之前灭亡。

全球性的珊瑚白化浪潮越来越频繁,每五六年就会出现一次。不过,由于白化的诱因在于气候变化造成的海水温度上升,而高纬度海区原本寒冷的海水,升温后可能就会变得适宜珊瑚生长了,所以这并不是珊瑚面对的最大危机。

一个国际科学家小组开始研究长期暴露于高海洋酸度可能对加勒比原产的三种珊瑚物种产生的影响。研究人员将墨西哥样本移植到墨西哥尤卡坦半岛沿岸的地方,海底泉水释放的水降低了周围海水的pH值。根据该团队的说法,泉水周围不寻常的环境比2100年的地球海洋更加酸性。

不过,好消息是珊瑚可能拥有一整套抵抗策略并且关键的是它们能将对抗气候变化的基因传递给下一代的证据正在增加。

与海水温度上升相比,海洋酸化才是珊瑚无处可躲的困境。海洋酸化也是由于二氧化碳过量排放造成的。随着大气中二氧化碳浓度的不断攀升,溶解在海水中的二氧化碳也会越来越多。实际监测表明,全球海洋表层的pH值已经从工业革命初期的8.2下降到了8.1,而到本世纪末很可能会降到7.8。

研究人员移植了Siderastrea siderea、Porites asteoides、Porites porites这几种珊瑚的样本。前两种是缓慢生长的圆顶形珊瑚,长期结构对于珊瑚礁非常重要。第三种是生长速度较快的珊瑚。样本被放置在两个位置,一个受泉水影响,一个不受泉水影响。然后对它们进行为期两年的观察,因为团队跟踪它们的生存和生长速度以及其他特征。尽管泉水周围环境的酸度很高,但珊瑚能够生存,甚至能够用碳酸钙生长它们的骨骼。

在大堡礁,澳大利亚和美国的研究人员将分别来自较温暖和较寒冷海水的珊瑚杂交,并且让它们的后代接受耐热测试。“来自较温暖位置的珊瑚繁殖的后代拥有更高的耐热性。”来自澳大利亚海洋科学研究所的Line Bay介绍说。研究人员还发现,相较于雄性珊瑚,雌性珊瑚能更有效地将耐热性传给下一代。同时,和线粒体相关的基因对于抵抗升高的温度尤其有帮助。

虽然7.8的pH值仍代表碱性环境,不会溶解构成珊瑚礁的碳酸钙,但是近年来的研究发现,pH值每降低一点,合成碳酸钙所需要的能量就会变高一点。随着珊瑚虫把越来越多的能量用于碳酸钙合成,它们可用来抵御病虫害、抵抗环境压力甚至是繁育后代的能量就会越来越少,濒临灭绝。

Siderastrea sidere在恶劣条件下应对得最好,而Porites asteoides珊瑚的存活率降低了20%,但也能够适应。只有33%的Porites porites珊瑚能够在两年的野外研究结束后存活下来。

研究还显示,珊瑚能抵抗海洋酸化。在帕劳群岛的石灰岩岛屿之间,一个来自伍兹霍尔海洋研究所的团队发现了生活在自然酸化水域中的珊瑚群落。它们几乎没有表现出酸化过程预期会产生的不利影响。目前,研究人员正在探究具体原因。

珊瑚的问题只是冰山一角。海洋中还生活着数量众多、像珊瑚一样需要在生命过程中合成碳酸钙的生物,大到贝类、海螺,小到某些单细胞的藻类,统称为钙化者。许多实验证实,当pH值降到7.8时,钙化者将无法再利用自身能量来合成碳酸钙。换句话说,如果海洋持续酸化,在本世纪末的海洋中,现有的多数钙化者都可能无法生存。

研究人员认为,两个圆顶形珊瑚的成功至少部分归功于它们的藻类。在低pH区域,藻类的叶绿素浓度高于正常水平,这可能表明它们正在创造更多的能量来帮助珊瑚抵抗由于其不舒服的新环境而产生的压力。此外,这两个物种的后代都在内部生长,使它们能够在附近“定居”。这允许多代后代在遗传上适应泉水周围的条件。

更令科学家们担忧的是,钙化者虽不起眼,但却是海洋食物链网的重要基础。如果不能尽快减少二氧化碳的排放,一旦海洋环境发生显着改变,面临消失的将不仅仅是珊瑚。

虽然幸存下来的所有珊瑚都能够生长,但研究人员发现,与远离泉水的珊瑚相比,它们的骨架密度减少了15%至30%。这种骨量的缺乏会破坏珊瑚礁的强度,使其更容易受到风暴的破坏和自然侵蚀。

作者为北京航空航天大学教授)

虽然珊瑚移植的生存令人鼓舞,但栖息在地球海洋中的珊瑚将不得不应对海洋酸度以外的挑战。预计气候变化会使地球海洋温度上升,引发大规模珊瑚白化现象。此外,预计海平面将继续上升。这可能会使生长缓慢的珊瑚在水中的位置过深,使其共生藻类无法有效地进行光合作用。

《 人民日报 》( 2019年06月18日 18 版)

研究中收集的信息可能有助于保护地球的珊瑚礁,甚至有助于创造更好地应对气候变化威胁的转基因珊瑚物种。

“这些珊瑚比我们想象的更强大,”加州大学圣克鲁兹分校的研究教授、新论文的通讯作者Adina Paytan说。“它们有可能能够承受海洋酸化,但它需要能量来应对它,所以我们必须尽一切努力减少其他压力因素,如营养物污染和沉积。”

该论文发表在《英国皇家学会学报B辑》期刊上。

编辑:科学研究 本文来源:耐热基因助珊瑚适应气候变化,海洋不仅是失去

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