【能源与环境】 | Energy & Environment
独立媒体人（Jointing.Media）特约编辑 山谷，2021-6-15
图1:隐藏在珊瑚丛中的海马和鱼虾
珊瑚礁由成千上万的小生物组成。它们部分是矿物质，部分是动物。千百年来，珊瑚延伸出外部骨骼，演变成奇异且错综复杂的形状。每个角落里都有小生物所寻的庇护所。让它们完美且安全的隐藏在珊瑚中。在适当的条件下，珊瑚可以上演一出千变万化的灯光秀。藏在珊瑚中的特殊海藻可以将光转化为食物，就好像森林中树上的叶子一样。人们认为，珊瑚发出这样的荧光（“生物发光”，指水中有机物泛出的光芒，可以有很多种形式）是为了帮助维持其体内的藻类的生命。 每一个发光的小息肉都是一个很有决心的小生物。他们齐心协力共享着捕获的能量，让整个珊瑚群茁壮成长。
图2:生物发光
珊瑚白化
珊瑚对于生长的水域环境要求极高，必须要有较高的盐分、充足的氧气、明亮的光线，因此全球也仅仅只有地中海、日本和中国台湾海域有深海珊瑚产出。各项环境指标达到了，珊瑚这才开始“慢悠悠”地长大。20年才长一寸， 300年也才生长 1公斤左右。高要求的环境标准和极慢速的生长速度都导致了珊瑚的稀少、不可再生性。
物以稀为贵。在暴利的驱使下，很长一段时间内出现了野生珊瑚过度捕捞的情况，珊瑚数量急剧下降。为了有效管制这一现象，各个产地都出台了严格限制珊瑚开采的法令，对于珊瑚的市场流通和贸易也有了非常 严格的监管措施。
作为无脊椎生物的珊瑚主要生活在热带水域，对温度的变化十分敏感。 全球变暖正在使海洋温度超过单细胞藻类（珊瑚的主要盟友）所能承受的极限。这些藻类生活在珊瑚组织内进行保护，作为交换，它们为珊瑚提供通过光合作用产生的必要营养。因为这些藻类含有各种色素，因此赋予了珊瑚礁著名的颜色。如果失去了它们，珊瑚就会变成白色，这就是所谓的珊瑚白化。
据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）称，全球变暖导致的海洋温度上升已成为珊瑚礁面临的最大危险。只有1.8到3.6华氏度（1-2摄氏度）的温度峰值就会引发大规模的白化事件，影响数十到数百英里的珊瑚礁。2014年至2017年间，全球70%的珊瑚礁都受到了这类热应力的影响。虽然白化过的珊瑚还活着，但没有藻类，珊瑚就很脆弱，更容易生病。据美国国家海洋和大气管理局称，如果水温持续几天或几周居高不下，白化珊瑚将开始死亡。即使如果水温恢复正常，珊瑚可以恢复藻类及其颜色，但生长最快的珊瑚也需要10到15年才能完全恢复。
如同森林里的热带雨林一样，珊瑚礁也是大海深处的 “热带雨林”，它形成了一道重要的海底屏障，保护海岸线免受风暴侵蚀。
超级珊瑚
科学家们发现，红海北端的亚喀巴湾的珊瑚以及它们的共生藻类和细菌能够特别好地抵御高温，甚至可在比该地区最高水温高出2摄氏度的环境中蓬勃生长。瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）生物地球化学实验室（LGB）的博士后Romain Savary说：“我们想研究这种抵抗力背后的全部分子机制”。他是该研究的主要作者，该研究发表在《美国科学院院刊》上。
在上个冰期，全球海平面下降了120米，这在很大程度上把红海与其他海域隔绝开来。红海盐度变得极高，造成珊瑚陆续死亡。后来，在距今约6000年前，海平面再度上升，珊瑚从水温要高得多的南方重新移居到红海。生长在红海北部（当地夏季最高水温目前约为27摄氏度）的珊瑚是曾生活在水温可超30摄氏度的海域的珊瑚的后代。这表明，红海北部的珊瑚或许天生耐热，可在夏季最高温比正常温度高出几摄氏度的环境下生存。
Savary说：“我们发现的主要问题是，这些珊瑚目前生活的温度远远低于它们的分子机制所能承受的最高温度，这意味着它们自然地抵御了未来100年甚至200年可能发生的温度上升。我们的测量结果显示，在高达32°C的温度下，珊瑚和它们的共生生物能够在分子上恢复并适应短期和长期的热应力，而没有任何重大的后果。” 这给科学家们带来了真正的希望——尽管水温升高并不是这一特殊自然遗产所面临的唯一威胁。
科学家们的发现很有说服力：这些珊瑚，以及与它们共生的藻类和细菌，可以承受比它们通常经历的温度高约5℃的平均温度。尽管气候变化正在发生，但到本世纪末，红海的温度不太可能上升超过5℃。“这给我们带来了真正的希望，我们至少可以为子孙后代拯救一个主要的珊瑚礁生态系统”，LGB的负责人Anders Meibom说。
为了进行研究，科学家们将亚喀巴湾的珊瑚置于一系列的热应力之下，包括未来几十年可能出现的更高温度。目前这些水域的月平均最高温度约为27°C，因此科学家们将珊瑚样本暴露在29.5°C、32°C和34.5°C的温度下，分别维持三小时及一周。科学家们在热应力测试期间和之后都测量了珊瑚和共生藻类的基因表达，并确定了居住在珊瑚中的微生物组的组成。
科学家们的工作得益于两个独特的研究仪器：红海模拟器（RSS），由以色列埃拉特的大学间海洋科学研究所开发；以及珊瑚漂白自动压力系统（CBASS），由美国的一个研究小组开发。他们的发现为一个更加雄心勃勃的项目奠定了基础，该项目由2019年在EPFL成立的跨国红海中心（TRSC）领导，并在四年内进行。
“我们将在我们的合作伙伴太平洋基金会拥有的研究船Fleur de Passion号上航行整个红海——大约2000公里长，”Meibom说。“我们的目标是绘制这些水域中所有不同类型珊瑚的耐热水平和多样性。水温随着你在红海上的进一步南下而上升，北端和南端之间有5-6℃的差异。这就是为什么它是研究这些生态系统的一个完美的现实世界实验室。当你向南航行时，就好像你在向未来航行一样。”
而这种对未来的一瞥告诉我们什么呢？红海南部的一些珊瑚已经开始白化了。Savary认为只有一个解决办法。“我们必须保护这些珊瑚，使它们免受当地压力源的影响，这些压力源主要是污染和物理破坏。这样我们就可以保持‘天然超级珊瑚’的存量，以便有可能重新移居那些被气候变化引起的热浪打击得特别严重的地区。”
这是科学家们第一次在如此广泛的范围内对珊瑚样本进行遗传分析，他们的发现揭示了这些抗热珊瑚在最基本的层面上是如何反应的–基因表达。它们也可以作为识别“超级珊瑚”的基础。根据Meibom的说法：“Romain的研究让我们深入了解了让珊瑚生存的特定遗传因素。他的研究还表明，整个遗传表达的交响乐在起作用，使珊瑚具有这种非凡的力量。”这为 “超级珊瑚 “的基因表达在热应激和恢复期间的样子设定了一个标准。
但是，红海珊瑚是否有朝一日可以被用来重新填充大堡礁？“Meibom说：“珊瑚高度依赖它们周围的环境。它们只有在经过漫长的自然殖民过程后才能适应新的环境。更重要的是，大堡礁有意大利那么大——以人工方式重新填充它是不可能的。”
耐热珊瑚
面对气候变化和海洋变暖，世界珊瑚礁面临着不确定的未来，科学家被迫创造性地想出各种长期解决方案，其中就包括开发更耐热的新型珊瑚的想法。澳大利亚的研究人员通过一种被称为“定向进化”的技术在这一领域取得了新的成功。
2019年，澳大利亚科学家就开始将珊瑚幼虫与藻类共同培养，以提高耐热性。研究小组首先从珊瑚中分离出微藻，然后在一个专门的共生实验室中培养它们，同时使用所谓的定向进化技术。定向进化是指有机体暴露在受控的实验室条件下，旨在加速对这些条件的适应并增强某些特性，在本实验下就是提高耐热性。
随着藻类适应了更高的温度，它们被重新引入到珊瑚幼虫体内，建立一种共生关系，这种关系允许比普通珊瑚承受更大的热应力。这一点通过将它们暴露在与导致大堡礁最近一次白化事件中相似的水温下得到了证明。
研究人员可以在水产养殖设施中大量种植这些热进化藻类。这种潜在干预的好处是，即使是少数几种热进化藻类也能与许多不同的珊瑚物种形成共生关系。例如，他们所研究的微藻物种与至少100种珊瑚形成了共生关系。因此，这可以帮助许多不同种类的珊瑚以相对较低的速度生长。
研究团队接下来的步骤之一是探索对完全成熟的成年珊瑚产生副作用的可能性，以及随着时间的流逝共生的稳定性如何。 该团队还将研究对方法的调整以如何加快定向进化过程。
来源：智力银行综合发布
部分资料和图片参考Planet Labs、每日科学（Science Daily）、宁静的世界 （A World of Calm）、联合早报、英国独立报
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