面对全球变暖和其他环境变化,大西洋的珊瑚近年来急剧减少,而太平洋和印度洋的珊瑚则表现得更好。通过描述这些珊瑚需要生长的几种共生藻类,宾夕法尼亚州立大学领导的一个国际团队发现,印度太平洋地区的这些共生关系可能比大西洋地区更灵活,最终能适应更高的海洋温度。
珊瑚礁是由珊瑚动物产生的碳酸钙构成的巨大地质结构,珊瑚动物的群落在其组织内拥有密集的共生科光合藻类(此处称为“共生体”)。当环境条件,如海洋温度上升,导致藻类和珊瑚动物之间的关系破裂,导致珊瑚群落白色或漂白时,就会发生珊瑚白化。虽然珊瑚可以恢复,但白化可能导致珊瑚死亡,这取决于压力的强度和持续时间。
宾夕法尼亚州立大学生物学教授Todd LaJeunesse说:“珊瑚白化不仅影响珊瑚本身,还影响整个生物生态系统——从无脊椎动物,如海胆和多刺龙虾,到脊椎动物,如鱼和海龟。”“研究珊瑚及其共生体的生物学非常重要,这样我们就可以预测它们将如何应对未来的环境变化,尤其是海洋变暖。”
但是,LaJeunesse说,并不是所有的珊瑚和共生体都会以同样的方式做出反应。这是因为世界上的海洋中有成千上万种珊瑚,每种珊瑚都有自己独特的属性。而且,直到最近,他说,没有人真正意识到共生物种的巨大多样性及其对珊瑚生存的重要性。
LaJeunesse说:“科学家以前把所有的共生体归为几个大类。”“在过去的几年里,我的实验室的工作一直是描述单个物种的共生体,这样我们就知道我们在处理什么。没有这些信息,你真的无法充分研究珊瑚的生态学、生理学和生物地理学。”
当LaJeunesse和他的同事们开始描述共生物种时,他们了解到一些是专一的——这意味着它们只能与一种或几种珊瑚宿主联系在一起——而另一些是通才的——这意味着它们可以与许多种类的珊瑚宿主联系在一起。此外,他们发现一些珊瑚,特别是来自加勒比海的珊瑚,依赖于专业共生体,而来自印度太平洋的珊瑚则与通才共生体联系在一起。加勒比珊瑚缺乏灵活性可能使它们对环境变化更敏感,而印度-太平洋珊瑚具有更灵活的伙伴关系,可能承受更大的环境变化。
事实上,根据LaJeunesse的说法,该团队描述的共生物种对珊瑚礁生态系统很重要,因为它们的生态优势以及它们对巨大地理区域内许多珊瑚物种的重要性。
他说:“随着地球海洋变暖,更敏感的共生体灭绝,这些物种可能会主宰珊瑚群落。”
该团队的新研究发表在《生理学杂志》上,为印度太平洋地区的几种寄主共生体物种提供了正式描述。为了进行他们的研究,研究人员从印度太平洋各地收集了珊瑚样本,包括帕劳、泰国、坦桑尼亚的桑给巴尔、凤凰群岛、澳大利亚的大堡礁和新喀里多尼亚的珊瑚礁。接下来,他们从这些样本中提取共生藻类,并对它们的DNA进行测序。然后,他们确定并描述了五种能够与各种宿主珊瑚物种相关联的共生体。
宾夕法尼亚州立大学生物学研究生凯勒·巴特勒(Caleb Butler)是该论文的第一作者,他说:“我们很难沟通我们不知道的事情,甚至连名字都不知道。”“当我们正式描述一个物种时,我们正在为这些生物命名,帮助建立一个我们可以谈论的身份,并使我们能够将以前的研究与未来的研究联系起来。”我们描述的生物分布广泛,随着海洋变暖,这些耐热的通才很可能扩展到新的珊瑚群落。认识到这些独特的物种可以对它们的生态进行知情的研究,然后能够准确地传达我们发现的含义。”
具体来说,该团队描述的共生体属于枝多鸦片属。
“相对于其他珊瑚共生体,枝珊瑚具有异常丰富的生物多样性;澳大利亚海洋科学研究所(AIMS)的研究科学家马修·尼奇克(Matthew Nitschke)说:“然而,这个属的物种很少能被成功培养出来。”该团队描述的物种之一,C. proliferum,可以在试管中培养,这使得理解珊瑚-藻类共生的机制取得了重大进展,它已成为澳大利亚此类研究的模式物种。我们的澳大利亚团队由Madeleine van Oppen教授领导,目前正在珊瑚礁恢复研究和开发中使用增殖质芽孢杆菌培养物,重点研究这些藻类共生体如何促进珊瑚的耐热性。”