英國南安普頓大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項新研究揭示了為什么珊瑚礁能夠在看似營養(yǎng)貧乏的水中茁壯成長，這一現(xiàn)象自查爾斯·達爾文以來一直讓科學(xué)家們著迷。
研究表明，珊瑚以光合共生體(生活在珊瑚細胞內(nèi)的微小藻類)為食。這種素食使珊瑚能夠吸收以前被認為無法獲得的大量營養(yǎng)物質(zhì)。實際上，它們正在吃一些共生藻類來獲取生存所需的營養(yǎng)。
領(lǐng)導(dǎo)這項研究的南安普頓大學(xué)珊瑚礁實驗室主任 Jörg Wiedenmann 教授評論道：“珊瑚礁為何在營養(yǎng)貧乏的海洋中繁衍生息的問題被稱為達爾文珊瑚礁悖論，啟發(fā)了幾個有助于解釋這一現(xiàn)象的重要過程的發(fā)現(xiàn)。我們現(xiàn)在可以添加拼圖中缺失的部分，并幫助解決這個長期存在的謎團。”
他繼續(xù)說道：“當(dāng)查爾斯·達爾文 (Charles Darwin) 乘坐英國皇家海軍貝格爾號 (HMS Beagle) 起航時，他認為自己是一名地質(zhì)學(xué)家，在穿越熱帶海洋的過程中，他很快對珊瑚礁形成的地點和原因產(chǎn)生了興趣。達爾文正確地預(yù)測了地殼的沉降和珊瑚的穩(wěn)定向上生長如何相互作用形成巨大的珊瑚礁結(jié)構(gòu)。然而，這種蓬勃增長背后的生物學(xué)機制仍未得到研究。”
一起生存的
石珊瑚是軟體生物，對某些人來說可能看起來像植物，但實際上是動物。這些生物體由許多單獨的息肉組成，它們作為一個群體生活在一起，還有秘密的石灰?guī)r骨骼，形成了我們稱為“珊瑚礁”的三維框架。
珊瑚礁是重要的水下生態(tài)系統(tǒng)，使許多人類社區(qū)受益。它們?yōu)闊o數(shù)生物提供了家園和覓食地，維持著全球約 25% 的海洋生物多樣性。因此，它們?yōu)榈厍蛏洗蠹s五億人提供了食物和收入。
珊瑚動物依賴于“共生”，即與生活在其細胞內(nèi)的微小藻類的互利關(guān)系。光合藻類產(chǎn)生大量富含碳的化合物，例如糖，它們將其轉(zhuǎn)移到宿主珊瑚中以產(chǎn)生能量。
共生藻類在吸收海水中溶解的無機營養(yǎng)物質(zhì)(例如硝酸鹽和磷酸鹽)方面也非常有效。即使在營養(yǎng)貧乏的海洋中，這些化合物也可以作為附近生物體(例如海綿)的排泄產(chǎn)物被發(fā)現(xiàn)。它們也可以通過洋流轉(zhuǎn)移到珊瑚礁。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了什么
與它們的共生體相反，珊瑚宿主不能直接吸收或使用溶解的無機營養(yǎng)物質(zhì)，到目前為止，還不清楚這些營養(yǎng)物質(zhì)如何促進珊瑚的生長。然而，南安普頓大學(xué)的科學(xué)家與包括英國蘭卡斯特大學(xué)、特拉維夫大學(xué)和以色列耶路撒冷大學(xué)在內(nèi)的合作者團隊合作，已經(jīng)確定了將這些必需的生長營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移到珊瑚動物體內(nèi)的機制。 。
他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。
通過在南安普頓大學(xué)珊瑚礁實驗室進行一系列長期實驗，科學(xué)家們證明，珊瑚實際上會消化一些共生體種群，以獲取共生體從水中吸收的氮和磷。當(dāng)水中有足夠的溶解無機營養(yǎng)物質(zhì)時，這種機制可以使珊瑚快速生長，即使它們沒有接受任何額外的食物。印度洋偏遠珊瑚礁環(huán)礁的實地考察結(jié)果支持了實驗室的研究結(jié)果，表明這種機制在生態(tài)系統(tǒng)層面促進了野生珊瑚的生長。
主要作者之一、南安普頓珊瑚生物學(xué)副教授 Cecilia D'Angelo 博士評論道：“多年來，我們在實驗性水族館系統(tǒng)中繁殖共生珊瑚，我們觀察到它們即使在沒有吃飽。目前的知識水平無法解釋共生體的兩個伙伴如何交換營養(yǎng)物質(zhì)，因此我們認為我們遺漏了很大一部分，并開始系統(tǒng)地分析這個過程。”
進行了關(guān)鍵實驗的珊瑚礁實驗室研究員洛雷托·馬爾多內(nèi)斯-維洛佐博士補充道：“人們預(yù)計動物如果不吃東西就會死亡或停止生長。然而，如果我們將珊瑚放在溶解無機養(yǎng)分含量較高的水中，它們看起來會非?？鞓凡⑶疑L得很快。”
研究結(jié)果背后的科學(xué)研究
人員使用一種專門標(biāo)記的化合物來追蹤共生伙伴之間必需營養(yǎng)氮的移動。實驗中使用的化學(xué)形式的氮只能通過共生體整合到它們的細胞中，而不能通過珊瑚宿主整合到細胞中。
南安普頓大學(xué)穩(wěn)定同位素質(zhì)譜實驗室經(jīng)理巴斯蒂安·漢巴赫 (Bastian Hambach) 解釋說：“我們使用同位素標(biāo)記，用比正常情況下更重的氮原子來‘增加’供應(yīng)給珊瑚的營養(yǎng)物質(zhì)。這些同位素使我們能夠使用超靈敏的檢測方法追蹤珊瑚對營養(yǎng)物質(zhì)的使用。”
南安普頓大學(xué)古海洋學(xué)家保羅·威爾遜教授補充道：“通過這項技術(shù)，我們可以明確地證明，維持珊瑚組織生長的氮原子來自于實驗中向共生體提供的溶解的無機營養(yǎng)物質(zhì)。 ”
南安普頓大學(xué)的 Jörg Wiedenmann 教授補充道：“我們使用 10 種不同的珊瑚物種來量化共生體種群如何與其宿主一起生長。利用共生體生長的數(shù)學(xué)模型，我們可以證明珊瑚會消化共生體種群中多余的部分，以獲取生長所需的營養(yǎng)。我們的數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)共生珊瑚都可以通過這樣的‘素食’來補充營養(yǎng)。”
科學(xué)家們還分析了印度洋島嶼周圍生長的珊瑚，有些珊瑚上有海鳥，有些沒有，以表明??珊瑚有潛力在野外生長并以共生體為食。
蘭卡斯特大學(xué)海洋生態(tài)學(xué)家尼克·格雷厄姆教授解釋說：“其中一些島嶼周圍的珊瑚礁獲得了大量來自‘鳥糞’的營養(yǎng)物質(zhì)，鳥糞是在島嶼上筑巢的海鳥的排泄物。在其他島嶼上，海鳥棲息地已被入侵的老鼠摧毀。因此，相關(guān)的珊瑚礁接收的營養(yǎng)物質(zhì)較少。我們測量了有或沒有密集海鳥種群的島嶼周圍鹿角珊瑚群落的生長情況，發(fā)現(xiàn)有海鳥營養(yǎng)供應(yīng)的珊瑚礁的生長速度是其兩倍多。
“我們計算出，來自有海鳥的島嶼的珊瑚動物組織中大約一半的氮分子可以追溯到共生體的吸收以及隨后轉(zhuǎn)移到宿主。”
標(biāo)簽：
免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！