气候变化的恢复能力:北红海珊瑚以优异的颜色通过热压力测试

水族馆系统北红海珊瑚

科学家们将北方红海珊瑚提交的水族馆系统。信贷:毛泽东罚款

EPFL科学家们开始了解为什么在AQABA海湾的珊瑚以及共生藻类和细菌,抵抗更高的温度。

即使在最乐观的情况下,我们星球上的大多数珊瑚礁生态系统——无论是在澳大利亚、马尔代夫还是加勒比——到本世纪末都将消失或处于非常糟糕的状态。这是因为全球变暖使得海洋温度超过了珊瑚的主要盟友单细胞藻类所能承受的极限。这些藻类生活在珊瑚组织内以保护珊瑚,作为交换,为珊瑚提供光合作用产生的必要营养物质。因为藻类含有各种各样的色素,因此赋予了珊瑚礁著名的颜色,如果它们消失了,珊瑚就会变成白色,这就是所谓的珊瑚白化。但是,尽管全球变暖造成了真正的威胁,红海的珊瑚看起来仍将保持它们充满活力的颜色。

“我们已经知道在红海北端的AQABA海湾中的珊瑚对更高的温度特别耐受。但我们希望研究这种抵抗力背后的全部分子机制,“EPFL的生物地球化学实验室(LGB)和研究领先作者的博士萨维拉德说,今天在PNA中出现。yabovip2021发现的科学家被发现是什么:这些珊瑚,以及他们生活在共生中的藻类和细菌,可以承受平均气温约5°C高于他们通常经历的。尽管发生了气候变化的严重程度,但在本世纪末,红海温度不太可能上涨5°C。“这给了我们真正的希望,我们可以为后代拯救至少一个主要的珊瑚礁生态系统,”LGB负责人。

北红海珊瑚水族馆系统

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把它置于步态

为了进行研究,科学家们让亚喀巴湾的珊瑚承受一系列的热压力,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,时间既有短时间(3小时),也有长时间(1周)。科学家们在热应激测试期间和之后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群的组成。

“The main thing we found is that these corals currently live in temperatures well below the maximum they can withstand with their molecular machinery, which means they’re naturally shielded against the temperature increases that will probably occur over the next 100 or even 200 years,” says Savary. “Our measurements showed that at temperatures of up to 32°C, the corals and their symbiotic organisms were able to molecularly recover and acclimate to both short-term and long-term heat stress without any major consequences.” This offers genuine hope to scientists — although warmer waters are not the only threat facing this exceptional natural heritage.

埃拉特的珊瑚礁

在红海北尖的Aqaba湾的珊瑚对更高的温度尤其抵抗。信用:罗马萨维拉玛/ EPFL

这是科学家首次在如此广泛的范围内对珊瑚样本进行基因分析,他们的发现揭示了这些耐热珊瑚在最基本的水平上的反应——基因表达。它们也可以作为鉴别“超级珊瑚”的依据。梅博姆说:“罗曼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,遗传表达的整个交响乐正在发挥作用,赋予珊瑚这种非凡的力量。”这为“超级珊瑚”在热应激和恢复期间的基因表达设定了一个标准。但是红海的珊瑚有一天会被用来重新繁衍大堡礁吗?“珊瑚高度依赖它们的环境,”梅博姆说。“它们只有在长期的自然殖民过程后才能适应新的环境。更重要的是,大堡礁的面积相当于意大利那么大——人工繁殖是不可能的。”

驶向未来

多亏了两种独特的研究仪器,科学家们的工作才得以实现:以色列埃拉特大学间海洋科学研究所开发的红海模拟器(RSS);以及由美国一组研究人员开发的珊瑚白化自动压力系统(CBASS)。他们的发现为一个更雄心勃勃的项目奠定了基础,该项目将由2019年在EPFL成立的跨国红海中心(TRSC)领导。这个新项目将于今年夏天开始,为期四年。梅博姆说:“我们将乘坐研究船‘激情之花’(Fleur de Passion)航行整个红海,大约2000公里长。这艘船属于我们的合作伙伴太平洋基金会(foundation pacific pacific)。”“我们的目标是绘制出这些水域中所有不同类型珊瑚的耐热水平和多样性。当你沿着红海向南航行时,水温会上升,南北温差为5-6°C。这使它成为研究这些生态系统的完美的现实实验室。当你向南航行时,就好像你在驶向未来。”

这是什么瞥见未来告诉我们?南部红海的一些珊瑚已经开始漂白。萨维拉德认为只有一个解决方案:“我们必须保护这些珊瑚并保护它们免受当地压力源的保护,主要是污染和物理破坏来源。这样,我们可以保留“自然超级珊瑚”的股票,以便通过气候变化引起的热浪特别努力地击中潜在的重新播放区域。“

参考:“快速和普遍的转录组恢复和适应北部红海的极耐热珊瑚套管”,由罗曼萨维拉玛,丹尼尔J.Barshis,Christian R. Voolstra,AnnyCárdenas,Nicolas R. Evensen,Guilhem Banc-Prandi,Maoz Fine和Anders Meibom,5月3日2021年,国家科学院的诉讼程序
DOI: 10.1073 / pnas.2023298118

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