新研究揭示造礁(石)珊瑚应对海洋酸化的多样化生存策略

海洋酸化背景下的生存危机

人新世(Anthropocene)工业革命以来，人类活动导致了全球海洋的pH值持续下降。据预测，至本世纪末，全球海洋的平均pH值可能会从8.0~8.2降至7.6~7.8，这将对依赖碳酸钙构建骨骼系统的海洋生物（尤其是造礁珊瑚）造成致命性生存危机。虽然现有研究已证实海洋酸化会降低造礁珊瑚的骨骼密度和生长速率，但对于不同种类造礁珊瑚应对酸化海洋环境的生存策略，特别是其内部骨骼与孔道结构的精确性动态变化，科学界还没有相关报道。

为了深入探索相关问题，研究团队在实验室内模拟了pH值为7.6-7.8的酸化海洋环境，选取了4种在印度洋-太平洋海域(Indo-pacific region)广泛分布的造礁珊瑚，既美丽鹿角(轴孔)珊瑚(Acropora muricata)，鹿角杯型珊瑚(Pocillopora damicornis)，叶板蔷薇珊瑚(Montipora capricornis)和叶状蔷薇珊瑚(Montipora foliosa)为研究对象，利用高分辨率微计算机断层扫描(micro-CT)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和转录组测序(RNA-seq)等检测技术，对上述造礁珊瑚在酸化海洋环境下的骨骼侵蚀过程、核心元素动态变化和基因表达状态等进行了多维度整合分析(图1,2)。

特异性生存策略：独特的“空腔化”与普遍性“骨质疏松”

研究结果显示，不同造礁珊瑚在面对海洋酸化压力时，采取了截然不同的生存策略，美丽鹿角珊瑚展示了其独特的“空腔化”酸蚀策略，而其它三种珊瑚则产生了类似人类衰老过程中“骨质疏松”的衰变特征，如骨量减少、骨韧性降低及骨骼结构紊乱等。

1）美丽鹿角珊瑚：牺牲内部保全整体的“空腔化”策略

美丽鹿角珊瑚的酸化损伤并非从其骨骼表面开始，而是独特性的始于骨骼内部。酸化海水优先侵蚀深层骨骼，形成类似“空腔”的孔洞。这种策略，虽然牺牲了骨骼密度和钙质，却最大限度的保护了其表层的共肉组织(Coenosarc)和至关重要的水螅体孔道系统(Polyp–canal system)。基因分析显示，该珊瑚在酸化胁迫下显著上调了黏附蛋白(如galaxin和胶原蛋白)的表达，这像“强力胶”一样，在内部不断流失钙质的情况下加固了骨骼的整体韧性，进而最大可能的维持其生长能力(图2,3)。这种优先保护生命中枢的策略，展现出美丽鹿角珊瑚独特的适应潜力。

2）其它三种造礁珊瑚：类“骨质疏松”症状

相比之下，鹿角杯型珊瑚、叶板蔷薇珊瑚和叶状蔷薇珊瑚则表现出类似“骨质疏松”的特征，即侵蚀从骨骼表面开始，导致整体性结构退化。叶板蔷薇珊瑚中负责粘合碳酸钙微晶体的黏附蛋白合成不足导致其骨骼变得更“脆”。叶状蔷薇珊瑚表现为整体性骨量流失，导致骨骼质量和硬度下降。鹿角杯型珊瑚的骨骼微结构(尤其是珊瑚杯区域)变得混乱无序，新生成的骨骼甚至不规则地挤压了珊瑚虫的生存空间，损害了其机械强度和长期生存能力。

机制新知：水螅体筑起了酸化海洋中的“生命结界”

该研究还发现了一个重要机制，即海洋酸化主要损害的是造礁珊瑚已经形成的“旧”骨骼，而对水螅体附近正在进行的“新”钙化作用的抑制能力相对较小。在上述造礁珊瑚中均观察到，水螅体在其周围约1毫米的区域形成了天然防护罩，距离虫体越远的骨骼越早溶解，靠近活体水螅体的骨骼区域受损更晚、程度更轻，而水螅体邻近区域甚至出现了新生的骨骼沉积。这表明，水螅体能够通过调控其微环境，优先保护其赖以生存的直接附着的骨骼区域，这颠覆了酸化直接抑制钙化作用的传统认知。

研究意义：为珊瑚礁保护提供新的科学依据

该研究系统揭示了不同种类造礁珊瑚在应对海洋酸化过程中各自特有的应对策略。尤其是美丽鹿角珊瑚独特的“空腔化”策略，为我们理解造礁珊瑚的抗压能力提供了全新思路。其它造礁珊瑚表现出的“骨质疏松”症状，提示我们海洋酸化会从不同层面削弱珊瑚礁的结构稳定性。通过识别不同造礁珊瑚的脆弱点和潜在的复原机制，可以制定更加具针对性的保护方案。这项跨学科的深入研究，为我们守护蔚蓝海洋中的“热带雨林”提供了新的理论基础。

来源：https://doi.org/10.34133/research.0736