珊瑚以不可思议的方式帮助它们的后代在气候变化中生存[视频]

南加州大学的研究

南加州大学和澳大利亚海洋科学研究所的科学家们研究了从大堡礁和太平洋采集的珊瑚的繁殖情况。资料来源:USC Photo/Gus Ruelas

南加州大学的科学家发现,珊瑚为它们的后代配备了共生藻类群落,以帮助它们应对不断上升的海洋温度。

世界上珊瑚礁的命运可能取决于海洋生物如何装备它们的后代应对气候变化。

由于海洋变暖,世界上大约一半的珊瑚已经消失,这使他们的世界变得不友好。随着温度的升高,珊瑚的漂白颜色变得苍白,而不是鲜艳的花朵。这是因为这种特殊的动物与海藻共生,海藻在压力下会排泄。当这种情况发生时,珊瑚失去了颜色,失去了供养它们的生命伴侣,所以它们会挨饿。

然而,希望发生在水族馆Founded in 1880, the University of Southern California is one of the world's leading private research universities. It is located in the heart of Los Angeles." class="glossaryLink ">南加州大学校园附近洛杉矶市中心和澳大利亚海洋科学研究所。在那里,生物学家们研究珊瑚不同寻常的洗换所谓共生体的能力——藻类在它们的细胞中繁殖——作为一种应对机制,在不断变化的环境中获得潜在的优势。

这位研究人员首次表明,成人珊瑚可以通过这种能力将它们的混合剂与其后代混在一起。这是一种发生的过程,除了传统之外DNA直到科学家们开始在太平洋两岸的实验室里进行圈养繁殖研究,它才被发现。

克莱斯凯尔

卡莉·肯克尔(Carly Kenkel)研究了一种棕色珊瑚,即褐珊瑚(Montipora digitata),研究藻类在其细胞内的繁殖是如何应对环境变化的。资料来源:USC Photo/Gus Ruelas

“我们发现的是珊瑚可以通过他们的混洗藻伙伴或融合物,以赋予他们的后代,以赋予潜在的生存优势,这是一个新的发现,”生物学助理教授Carly Kenkel说yabo124南加州大学文理艺术学院。“我们关心这个,因为珊瑚礁为我们做了很多。珊瑚礁为暴风雨提供防波堤,提供人们需要的鱼类蛋白质,提供我们热爱并发现美丽的生物多样性。”

研究结果发表在《科学》杂志上研究论文今天发表在科学报告

珊瑚和藻类如何共存

科学家们很早就知道珊瑚和藻类和谐共存。这两种生物合而为一:一种是类似海葵或水母的软体水螅类动物,另一种是生活在细胞内的藻类。动物为藻类提供了安全和光合作用的物质;海藻产生氧气,帮助清除废物,并为珊瑚提供能量。珊瑚利用这些能量产生碳酸钙,碳酸钙是构成珊瑚礁的坚硬结构,而藻类则形成了珊瑚华美的宝石色调。

它们友好地生活在一起,直到环境压力破坏了伙伴关系。当这种情况发生时,一些珊瑚会死亡,而另一些则能够调整它们的共生体,根据水的条件、竞争或可用的营养物质,偏爱某些藻类而不是其他藻类。

“这是一场混乱的离婚,”肯克尔说。

然而,在这次分手中,孩子们可能会受益。肯克尔想知道珊瑚母体是否能将重组后的共生体传给后代。这是一个棘手的命题,因为藻类是独立于细胞核而存在的,因此在繁殖过程中,它们不参与从母体到后代的核DNA转移。

USC和澳大利亚的科学家学习珊瑚,了解如何适应全球变暖。信誉:南加州大学。

珊瑚后代可以继承藻类伴侣

她的好奇心将她带到了澳大利亚东北部的大堡礁和俄耳甫斯岛,在那里她加入了詹姆斯库克大学和澳大利亚海洋科学研究所的科学家们。该研究小组专注于一种特殊的珊瑚,蒙提波拉·digitata,这种珊瑚在西太平洋和大片大堡礁都很常见。

科学家们关注了两个连续的产卵季节:一个是在2015年的正常情况下,另一个是在2016年全球大规模珊瑚白化事件期间。通过DNA测序,科学家们筛选出哪些珊瑚具有洗刷共生体的潜力,以及这种变化是否反映在配子中。他们发现,通过测量细胞密度和光合作用产出,每年藻类细胞的数量和类型都有很大的不同。这一发现与其他研究一致。

凤眼珊瑚在繁殖时能将藻类包裹在卵中。在两年的观察卵中,他们发现成虫体内藻类群落的重新排列也反映在珊瑚卵中,这表明它们可以从父母遗传给后代。

该研究称:“据我们所知,这是第一个证据,表明重组的共生群落……可以被后代继承,并支持微生物群落的重组可能是珊瑚快速适应变化环境条件的一种机制。”

这一过程可能与人类线粒体DNA的工作原理类似。在这个模拟中,线粒体——细胞内但细胞核外的能量产生单位——通过母亲的卵子与后代共享遗传物质。然而,研究人员还没有确定在珊瑚中传播的机制;他们计划在下一项研究中解答这个谜题。

珊瑚能在气候变化中生存吗?

研究结果表明,珊瑚的适应性可能比我们想象的要强,但这就足够了吗?

随着海洋变暖的加剧,珊瑚面临着巨大的挑战。根据联合国的一份报告,世界上的珊瑚礁处于气候变化影响和物种灭绝的中心。如果全球温度再升高0.9度华氏温度在美国,珊瑚礁很可能会减少70%到90%。该报告称,上升1.8度意味着世界上99%的珊瑚将陷入困境。

在一些地区,珊瑚受到的威胁已经很严重了。例如,根据史密森学会(Smithsonian Institution)的数据,在过去30年里,多达80%的加勒比海珊瑚已经消失。

“珊瑚应对气候变化的机制比我们想象的要多,但它们正用一把小剑与一个像坦克一样的敌人战斗,”肯克尔说。“他们的适应能力可能还不够。他们需要时间来适应。”

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该研究的作者是澳大利亚海洋科学研究所的凯特·m·奎格利(Kate M. Quigley);澳大利亚詹姆斯库克大学(James Cook University)的Bette L. Willis;和南加州大学多恩西夫学院的肯克尔。

资金由美国国家科学基金会(#DBI-1401165)和澳大利亚研究委员会(#CE1401000020)提供。

参考:Kate M. Quigley, Bette L. Willis and Carly D. Kenkel于2019年9月16日出版的《珊瑚Montipora digitata的杂交共生群落的跨代传承》科学报告
DOI: 10.1038 / s41598 - 019 - 50045 - y

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