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为了拯救白化的珊瑚,科学家让它们“喝”下益生菌

白化珊瑚,营养匮乏,危机
图片来源:pixabay
查尔斯·达尔文(Charles Darwin)那场举世闻名的小猎犬号(HMS Beagle)之旅主要给世人带来了“演化”这一生物概念。但是,达尔文还调查了珊瑚礁及其形成过程,其中有一个现象确实困扰过他,这一难题后来成为了达尔文珊瑚礁悖论(Darwin's reef paradox),具体如下:
“在营养匮乏的海洋中,为什么会存在这般生机盎然、欣欣向荣的生命呢?”
德国康斯坦茨大学(University of Konstanz)的教授克里斯蒂安·福尔施特拉(Christian Voolstra)博士说:“秘密就在于共生关系。珊瑚基本上都是固着生物或者说动物,所以一旦选定了某地,它们就留在那里,不再移动。它们的生存方式就是和组织中的微型藻类搭伙,这些微小的植物能通过光合作用产生糖分,绝大部分都会输送给珊瑚。”
然而,全球各地的这些小动物正陷入巨大的生存危机。根据全球珊瑚礁监测网(Global Coral Reef Monitoring Network)2021年10月发布的报告,过去十年内,我们损失了全球14%的珊瑚礁,主要原因是白化事件。珊瑚白化的导火索是珊瑚生存环境的变化,包括温度升高、阳光辐射或者污染。
但珊瑚白化究竟意味着什么?
福尔施特拉解释说:“珊瑚的颜色来自藻类光合作用的色素,珊瑚一旦失去藻类,就会发白。所谓的白化就是这些共生的藻类或者微小植物细胞在珊瑚组织里消失殆尽。”倘若环境条件真能得到改善,藻类在珊瑚中重获繁荣,一切便会转危为安,所以,这是一种可逆的过渡状态,但现实中,如果环境条件继续恶化,珊瑚就会被活活饿死。
珊瑚,海洋,益生菌
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福尔施特拉博士团队对这一研究方向非常感兴趣,他们用到了新的方法来帮助珊瑚应对逐渐升温的海洋:用益生菌来疗养珊瑚。“普通消费者都知道,我们能在超市里买到含有益生菌的酸奶,某些细菌有益于我们的肠道健康。”福尔施特拉说道。
就和人类一样,珊瑚也有微生物组:一群生活在珊瑚表面或者内部的微生物群落。先前的研究已经表明,为珊瑚供给一定剂量的益生菌以支持珊瑚的微生物菌群落,能够帮助珊瑚在充满挑战的环境下生存下来,这一过程类似于人体摄入微生物组和益生菌。
“从复原能力强劲的珊瑚个体中提取出微生物,然后直接将它们移植或提供给同一珊瑚物种中复原能力较弱的个体。所以不是说放了一些原本没有的东西进去,而是非常像人类的粪便移植。我们拥有健康供体,将这些健康细菌提供给健康有损的一方。”福尔施特拉解释说。在先前的研究中,这一做法已得到概念性证明,福尔施特拉团队想进行更深入的调查,以求透彻理解。
为了展开实验,他们用到了“围隔实验”(mesocosm)环境,一种介于无菌隔离实验室和完全野生珊瑚礁环境之间的最佳实验环境。具体来说,他们在水缸中饲养了多种类型的珊瑚以及一些其他小动物,这让他们能够控制实验条件,同时获得更接近现实世界的结果。而研究珊瑚的一大便利之处在于珊瑚是群体生物。福尔施特拉解释道:“这表明它们由重复的构建模块组成,取其中一小块,便可以生成许多许多片段,这些片段都拥有完全相同的基因型和环境史。然后,你可以把它们放入不同环境条件中。”
一旦团队获得了自己的生物片段,他们就会用细菌混合物来进行处理,这些细菌由团队精心分离、选择出来,来自复原能力强的珊瑚。当然,还得有对照组,于是他们给其中一部分珊瑚提供了一些安慰剂盐溶液。“我们的实验非常漫长,一共持续了75天以上。”福尔施特拉补充道。他们的发现相当奇妙。随着温度的升高,所有珊瑚都表现出白化的迹象,但是接受了益生菌的珊瑚恢复得更快些,生存几率也增加了40%。
福尔施特拉继续说:“对的,作为珊瑚生物学家,或者说,作为生物学家,总而言之,如果你拥有了5%的效果,或者能用数字计算的可观测到的东西,想必你会非常开心。这次的数字相当巨大,我的意思是,如果能将这一存活率翻一番,这个数字可以算是非常大了。
团队还调查了添加这一益生菌混合物如何改变珊瑚的微生物组,又如何改变珊瑚本身。添加益生菌改变了珊瑚微生物组的组成。“而且还引发了珊瑚宿主体内特定基因表达的改变。如果是为了增强恢复力,那你真会打赌就是这些基因了。”
所以具体来说,就是修复基因、免疫基因和应激反应基因。“这也是这项研究留下的悬念,你实际上改变了宿主体内的一些东西,而我们不知道这些变化会留存多久,如果能够长期保持,你将不再需要重复益生菌疗法了,不是吗?”福尔施特拉说道。
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那到时候将这个消息传递给现实世界时,一定会非常有意思。“我想说,地球上有30万平方千米的珊瑚礁,数十亿的珊瑚。所以,如果你想要在水下撒上一点魔法灵药,让每一个珊瑚都能‘接种’到,那么结果可能无法控制。在这个星球上,没有一种生物可以完全与世隔绝,独自存活,我想我们现在对这一点的理解也越来越深刻了。”
翻译:阿金
审校:王昱
引进来源:科学美国人
本文来自:中国数字科技馆
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