珊瑚艺术：揭示珊瑚礁对高温海洋适应性的秘密

当Victoria Glynn作为麦吉尔大学Rowan Barrett教授实验室的博士后研究员来到巴拿马史密森尼热带研究所（STRI）研究极端海洋温度对珊瑚礁的影响时，她画了珊瑚来向孩子们解释她的工作。现在，她的插图帮助更广泛的受众达到了“啊哈！”的时刻，因为她在《当代生物学》上发表的一篇论文中解释了来自变化更大的海洋环境的珊瑚可能比来自更稳定环境的珊瑚更有能力在海温上升中生存。

让别人画一个珊瑚，他们可能会画一个肿块或鹿角形状，也许还有一些鱼或贝壳来说明它的海底环境。但维多利亚的画作要复杂得多，因为珊瑚是由珊瑚动物及其骨架组成的；共生藻类，用于能量捕获；还有许多微小的细菌，它们的微生物群——就像我们肠道中的微生物群一样，负责许多其他功能。科学家们称之为珊瑚全息生物，来自希腊语，意为“整个生物”。“

”大多数人都知道，我们的肠道微生物组在我们的健康中起着重要作用，这取决于我们的饮食和我们拥有的微生物。在许多方面，珊瑚并没有那么不同，”现任佛蒙特大学博士后助理的维多利亚解释道。

“它们的生存与微生物群有着错综复杂的联系。当我解释珊瑚如何随着环境的变化而保持健康时，我希望我的画能帮助人们看到它们到底有多复杂，以及为什么考虑所有涉及的生物至关重要：珊瑚动物、它们的共生藻类和细菌微生物群。“

为了生存，珊瑚和藻类保持着紧密的关系，但当海水变得太热时，藻类通常会擅自离船；跳槽，只留下白色珊瑚骨架，这种现象被称为珊瑚白化。

维多利亚在巴拿马做了博士生工作，这是由STRI科学家Sean Connolly领导的Rohr Reef复原项目的一部分。STRI的位置使研究人员可以轻松进入热带东太平洋，这是一个从厄瓜多尔加拉帕戈斯群岛向北延伸到哥斯达黎加科科斯群岛的海洋区域。这是了解珊瑚如何应对极端温度的完美自然实验室。

项目科学家利用寒冷的洋流来到巴拿马湾的表面，询问生长在那里的珊瑚是否比其他温度不那么极端的地方的珊瑚更能抵御极端温度，以及为什么。

在这项研究中，他们提出了三个大问题：高海温如何影响珊瑚之间的关系动物及其藻类伴侣？那么它的细菌微生物群呢？这些关系是否解释了一些珊瑚如何在高温下更好地生存？

该小组在巴拿马湾（每年都有温度波动）和奇里基湾（附近但全年温度更稳定）对花椰菜珊瑚（Pocillopora spp.）进行了采样，然后进行了一项实验，看看当它们升温时会发生什么。

“我们在游艇上的水箱中将珊瑚暴露在快速的热应激下，随着温度的升高，我们采集了样本，以便提取珊瑚、藻类和细菌的DNA，”维多利亚说。“这样，我们就了解了温度升高时珊瑚与其微生物组不同成员之间的关系。”

珊瑚本身：从基因上讲，这两个地点的珊瑚是相似的，表明它们必须很容易沿着海岸分散，混合不同的种群；但这两个地点珊瑚之间的少数遗传差异可能很重要。作者认为，以前与抵抗热应激能力相关的基因可能存在差异选择，巴拿马湾的珊瑚具有更强的抵抗应激能力。藻类：藻类的动态让他们感到惊讶。在早期的实验中，在高温下，珊瑚转向了另一种更耐热的藻类属，但在这个实验中，一些珊瑚保留了它们原来的藻类伴侣。细菌：两个地点珊瑚的细菌微生物群都受到高温的破坏，迅速进入类似疾病的状态。但与之前对澳大利亚大堡礁的研究相比，巴拿马湾的珊瑚在高温下的微生物组稳定性较差。

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澳大利亚的实验持续了更长的时间——从几周到几个月——珊瑚的温度比其月平均最高温度高出约4-5°C，这可以被认为是所经历的平均最热温度。

在不到24小时的巴拿马实验中，珊瑚暴露在比其月平均最高温度高出10.5°C的环境中，与珊瑚相关的微生物在比最热平均温度高出7.5°C左右时变为更患病的状态。

为了破坏珊瑚与其细菌之间的关系，需要更高的温度才能使珊瑚动物本身受到压力，这表明对于巴拿马的Pocillopora珊瑚来说，即使在其微生物组受到严重影响之前，珊瑚也更有可能在高温下死亡。

在最高温度下，从温度变化较大的巴拿马湾采集的珊瑚能更好地应对高温。但来自稳定温度环境的珊瑚在加热时会挣扎。

研究小组的发现支持了这样一种观点，即热带东太平洋的自然变化环境可能有助于这些珊瑚增强耐热能力。这可能解释了为什么这些珊瑚礁在1982年灾难性的厄尔尼诺南方涛动事件后能够反弹。

“珊瑚礁只覆盖了地球表面的0.1%，但它们支持着大约25%的海洋生物。珊瑚礁还通过渔业、旅游业、海岸保护和文化意义为全球10亿多人提供了关键服务。随着海洋温度的持续上升，珊瑚礁正日益受到威胁，”维多利亚说。

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More information: Victoria M. Glynn et al, The role of holobiont composition and environmental history in thermotolerance of Tropical Eastern Pacific corals, Current Biology (2025). DOI: 10.1016/j.cub.2025.05.035

Journal information: Current Biology

Provided by Smithsonian Tropical Research Institute