海洋中的熱帶雨林——蟲黃藻的前世今生

珊瑚礁生態系統是海洋中生物多樣性最豐富、生產力最高的生態系統之一，被譽為“海洋中的熱帶雨林”。 作為珊瑚礁的“框架生物”，造礁珊瑚與蟲黃藻互利共生。 珊瑚宿主為細胞內的蟲黃藻提供庇護所和無機營養物質，如氮、磷和二氧化碳。 作為回報，蟲黃藻進行光合作用。 并與珊瑚宿主“分享”大部分產物，以滿足珊瑚的能量需求，促進珊瑚的鈣化生長。 健康的造礁珊瑚每平方厘米通常含有數百萬個蟲黃藻。

然而，兩國關系正面臨全球氣候變化的嚴重威脅，其中最令人擔憂的是海水變暖和酸化。 海水異常變暖會導致珊瑚與蟲黃藻的共生關系崩潰，導致珊瑚白化和死亡。 酸化會降低珊瑚鈣化速度，也會影響造礁珊瑚的正常生長發育，從而影響共生關系的穩定性。

蟲黃藻不僅只有一種類型

長期以來，人們普遍認為蟲黃藻只有一種。 直到 20 世紀 70 年代中期，基于行為、生理學和微觀結構的研究揭示了多種共生蟲黃藻的存在。 現有研究已證實蟲黃藻具有豐富的遺傳多樣性。 根據核糖體 DNA 序列，共生藻可分為 9 個譜系群 (AI)。 每個譜系組現在已分為屬級層次結構。 根據轉錄間隔區ITS2的序列，該組進一步分為更多亞型。 不同類型的蟲黃藻在生理特性上存在明顯差異，進而影響共生系統的生理性能，包括光合生理和耐高溫、耐酸化等。 其中，D型蟲黃藻的耐熱性最好。 與D型蟲黃藻共存的造礁珊瑚往往具有良好的耐高溫能力，常生活在渾濁、高溫等極端環境中。

在成體階段，珊瑚中有多種蟲黃藻，但通常只有一種占主導地位。 同時，這種共生關系也具有一定的可塑性，幫助珊瑚適應環境變化。 例如，在經歷高溫脅迫后，珊瑚可以通過重組體內現有蟲黃藻的相對豐度或從外界獲取更適應的類型來適應高溫，從而使優勢蟲黃藻從C型變為D型。 -建造石珊瑚，大多數珊瑚是產卵珊瑚。 它們產生的雄性和雌性配子不含蟲黃藻。 體外受精后，配子發育成非共生的漂浮幼蟲。 漂浮的幼蟲附著并變態為幼蟲。 逐漸生長發育直至完成整個生命周期。 早期共生的建立可發生在幼蟲期或附著變態后的幼蟲期，但真正的共生只發生在幼蟲期。 幼蟲利用觸手和嘴上的纖毛捕獲水體中的共生藻并將其運輸至體腔，在體腔內被內胚層細胞識別和吞噬形成穩定的共生體，然后蟲黃藻不斷增殖和集中口盤和觸手上。

早期珊瑚和蟲黃藻之間的共生關系比成年珊瑚更加靈活和動態。 例如，鹿角珊瑚幼蟲在野外1個月后即可與多種蟲黃藻建立共生關系，而許多類型在成蟲中不會出現。 隨著它們的生長和發育，幼蟲中的主要蟲黃藻類型也會發生變化。 。

珊瑚礁環境海水中自由形態蟲黃藻的多樣性很高，珊瑚幼蟲最初獲取共生藻可能是隨機的。 然而，特定類型的蟲黃藻可以塑造珊瑚共生體的早期生長和發育及其對環境壓力的反應和適應。 例如，與C型蟲黃藻共生的鹿角珊瑚幼蟲的生長發育速度明顯快于與D型蟲黃藻共生的幼蟲，并且與D型蟲黃藻共生的幼蟲比與D型蟲黃藻共生的幼蟲更能耐受高溫。 C型..

共生關系的建立是珊瑚生命早期階段的一個里程碑事件。 從那時起，蟲黃藻開始進行光合作用，為珊瑚宿主提供額外的營養和能量供應，這對于幼蟲的生存和環境適應尤為關鍵。 珊瑚早期階段有潛力篩選合適的蟲黃藻類型，以根據發育過程中的生理需求和環境變化達到最佳條件。

不同的珊瑚對壓力的敏感程度不同

在氣候變化，特別是海水變暖和酸化的威脅下，珊瑚的早期共生建立將受到怎樣的影響？ 在這個過程中，珊瑚幼蟲能否通過選擇某些蟲黃藻來調整共生體的生理狀態來應對和適應變暖和酸化？ 不同類型珊瑚的適應潛力和策略有何異同？

帶著上述問題，中國科學院南海海洋研究所黃輝課題組對印太地區廣泛分布的兩種造礁珊瑚——中間鹿角珊瑚和秀麗隱桿線蟲進行了研究。 前者是一個敏感分支。 異形珊瑚，是耐性的團聚珊瑚。 研究人員收集了兩種珊瑚的受精卵，將其培養至幼蟲階段，然后在流水式實驗繁殖系統中進行培養。 通過控制海水溫度和pH值，他們研究了兩類珊瑚幼蟲在變暖和酸化影響下的早期共生建立過程。 以及成長和發展。

研究發現，變暖延遲了兩種珊瑚物種早期共生的建立，而酸化影響不大，但不同珊瑚物種對壓力的敏感度較低。 變暖完全抑制了中原衛城早期共生的成功建立，也顯著抑制了幼蟲的無性出芽繁殖。 這說明早期共生體的建立對幼蟲的生長發育具有重要的支持作用； 對于珊瑚蟲來說，變暖僅使成功建立共生關系的珊瑚幼蟲的比例減少了 50%。

此外，氣溫升高會影響中間鹿角珊瑚幼蟲對蟲黃藻的選擇偏好。 常溫條件下，鹿角珊瑚幼蟲主要與蟲黃藻C群建立共生關系。 高溫條件下，幼蟲偏好耐熱的蟲黃藻D.群； 相比之下，秀麗隱桿線蟲的幼蟲更喜歡在酸化條件下與蟲黃藻D組建立共生關系。

此外，研究發現，在高溫條件下，中間衛城幼蟲體內蟲黃藻中涉及核糖體合成、光合作用和基本代謝過程的基因表達下調，這表明蟲黃藻雖然可以進入中間衛城的體內此時，它們的光合作用和新陳代謝都受到抑制，無法大量增殖建立穩定的互利關系。 蔣雷

（據微信公眾號“中科院之聲”）

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