达尔文的珊瑚礁悖论已解 科学家揭开珊瑚在贫瘠水域获取营养物质的谜团

达尔文的珊瑚礁悖论已解科学家揭开珊瑚在贫瘠水域获取营养物质的谜团南安普顿大学的一项研究揭示，珊瑚以生活在其细胞内的微小藻类为食，从而获得了以前认为无法获得的营养源。这一发现解答了一个被称为"达尔文珊瑚礁悖论"的长期谜团，解释了珊瑚如何在缺乏营养的水域中繁衍生息。领导这项研究的南安普顿大学珊瑚礁实验室主任约尔格-维登曼（JörgWiedenmann）教授评论说：达尔文的珊瑚礁悖论"是关于为什么珊瑚礁会在营养物质匮乏的海洋中生长的问题，它启发人们发现了有助于解释这一现象的几个重要过程。我们现在可以为这一谜题增添缺失的部分，帮助解开这个长期存在的谜团"。珊瑚礁为许多生物提供家园和觅食地。图片来源：Wiedenmann/D'Angelo/南安普顿大学他介绍说，查尔斯-达尔文（CharlesDarwin）乘坐"小猎犬号"（HMSBeagle）起航时，他认为自己是一名地质学家，在热带海洋航行期间，他很快对珊瑚礁的形成地点和原因产生了兴趣。达尔文正确地预测了地壳下沉和珊瑚稳步向上生长是如何相互作用形成巨大珊瑚礁结构的。然而，这种蓬勃生长背后的生物机制仍未得到研究"。石珊瑚是一种软体生物，有些人可能觉得它们像植物，但实际上它们是动物。这些生物由许多单独的珊瑚虫组成，它们聚居在一起，秘密地形成石灰岩骨架，形成我们所知的'珊瑚礁'三维框架。珊瑚礁是重要的水下生态系统，造福于许多人类社区。珊瑚礁是无数生物的家园和觅食地，维持着全球海洋生物多样性的25%。它们为地球上大约5亿人提供食物和收入。珊瑚礁上的单细胞共生藻，显示其通过细胞分裂生长。图片来源：Wiedenmann/D'Angelo/南安普顿大学珊瑚动物依赖于一种"共生"关系，即与生活在其细胞内的微小藻类之间的互利关系。光合藻类产生大量富碳化合物（如糖），并将其转移到宿主珊瑚体内以产生能量。共生藻还能非常有效地从海水中吸收硝酸盐和磷酸盐等溶解的无机营养物质。即使在缺乏营养的海洋中，这些化合物也可以作为生活在附近的海绵等生物的排泄物而大量存在。它们还可以通过洋流转移到珊瑚礁上。与它们的共生体不同，珊瑚的宿主不能直接吸收或利用溶解的无机营养物质，直到现在，人们还不清楚这些营养物质是如何促进珊瑚生长的。不过，南安普顿大学的科学家与英国兰卡斯特大学、特拉维夫大学和以色列耶路撒冷大学等合作团队一起，已经确定了这些必要的生长营养物质转移到珊瑚动物体内的机制。他们的研究成果发表在《自然》杂志上。南安普顿大学珊瑚礁实验室的实验水族箱。图片来源：Wiedenmann/D'Angelo/南安普顿大学通过在南安普顿大学珊瑚礁实验室进行一系列长期实验，科学家们证明，珊瑚实际上消化了部分共生藻群，以获取共生藻从水中吸收的氮和磷。如果水中有足够的溶解无机营养物质，即使珊瑚没有获得额外的食物，这种机制也能让它们快速生长。在印度洋偏远珊瑚礁环礁的实地考察结果支持了实验室的研究成果，证明这种机制在生态系统层面上促进了野生珊瑚的生长。南安普顿珊瑚生物学副教授、主要作者之一塞西莉亚-达安杰洛博士评论说："多年来，我们一直在实验水族箱系统中繁殖共生珊瑚，我们观察到，即使不喂食，它们也能生长得很好。根据目前的知识水平，我们无法解释共生双方是如何交换养分的，因此我们认为我们缺少了重要的一环，并开始系统地分析这一过程"。海鸟为印度洋的珊瑚礁引入营养物质。图片来源：兰卡斯特大学尼克-格雷厄姆（NickGraham珊瑚礁实验室的研究员洛雷托-马多内斯-韦洛佐博士（LoretoMardones-Velozo）进行了关键的实验，他补充说："我们可以预料到，动物会死亡或在珊瑚礁中发现营养物质，人们会认为，如果不吃东西，动物就会死亡或停止生长。然而，如果我们把珊瑚放在溶解无机营养物质水平较高的水中，它们看起来非常快乐，而且生长迅速。"研究人员使用一种特殊标记的化合物来追踪共生伙伴之间必需营养元素氮的移动。实验中使用的化学形式的氮只能被共生体整合到它们的细胞中，而不能被珊瑚宿主整合到细胞中。南安普顿大学稳定同位素质谱实验室经理巴斯蒂安-汉巴赫（BastianHambach）解释说："我们利用同位素标记技术，在提供给珊瑚的营养物质中'添加'比正常重的氮原子。这些同位素使我们能够利用超灵敏检测方法追踪珊瑚对营养物质的使用情况。"CeciliaD'Angelo博士在南安普顿大学珊瑚礁实验室繁殖珊瑚。图片来源：Wiedenmann/D'Angelo/南安普顿大学南安普顿大学古海洋学家保罗-威尔逊（PaulWilson）教授解释说："通过这项技术，我们可以明确地证明，维持珊瑚组织生长的氮原子来自于实验中喂给其共生体的溶解无机营养物质"。南安普顿大学的约尔格-维登曼（JörgWiedenmann）教授补充说："我们使用了10种不同的珊瑚物种来量化共生体种群是如何随宿主一起增长的。利用共生体生长的数学模型，我们可以证明珊瑚消化了其共生体种群的多余部分，为其生长获取营养。我们的数据表明，大多数共生珊瑚可以通过这种'素食'来补充营养"。科学家们还对生长在印度洋岛屿周围的珊瑚进行了分析，一些珊瑚上有海鸟，一些则没有，结果表明珊瑚有可能在野外养殖共生体并以其为食。实验珊瑚Stylophorapistillata的生长。图片来源：Mardones-Velozo/D'Angelo/Wiedenmann/南安普顿大学兰卡斯特大学海洋生态学家尼克-格雷厄姆（NickGraham）教授解释说："其中一些岛屿周围的珊瑚礁有大量的养分，这些养分来自鸟粪，即在岛上筑巢的海鸟的排泄物。在其他一些岛屿上，海鸟的繁殖地已经被入侵的老鼠消灭殆尽。因此，相关珊瑚礁获得的养分也减少了。我们测量了有密集海鸟群和没有密集海鸟群的岛屿周围鹿角珊瑚群的生长情况，发现在有海鸟提供养分的珊瑚礁上，鹿角珊瑚的生长速度要快两倍多。我们计算出，在有海鸟栖息的岛屿上，珊瑚动物组织中约有一半的氮分子可以追溯到共生体的吸收以及随后向宿主的转移"。科学家监测印度洋珊瑚礁上的珊瑚生长情况，研究海鸟营养物质的影响。资料来源：兰卡斯特大学，尼克-格雷厄姆通常由人类活动造成的过度营养富集会损害珊瑚，并对许多珊瑚礁构成日益严重的威胁。然而，由于全球变暖可能会切断珊瑚礁的一些天然供应路线，未来一些珊瑚礁获得的养分可能会减少。南安普顿大学的D'Angelo博士解释说："变暖的表层水更不可能从深水层获得养分。水体生产力的降低会导致共生体的营养物质减少，进而导致珊瑚动物的食物减少"。科学家们的新发现表明，虽然珊瑚动物可以通过捕食其共生体来忍受短暂的饥饿，但在某些地区，由于全球变暖带来的更长时间的营养物质枯竭，一些珊瑚礁可能会面临饥饿的风险。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379619.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379619.htm

奇妙的自然：会发光的生物能给自己带来什么好处？

奇妙的自然：会发光的生物能给自己带来什么好处？许多深海生物能够通过化学反应发光，为原本完全黑暗的深海带来光明。在整个海洋栖息地，从海洋表面到深海海底，都有生物发光的生物。资料来源：图片来源：《海洋中的岛屿2002》，NOAA/OER生物发光的基本原理生物发光是对生物体发出的光的称呼。这种光来自于两组分子之间的反应--荧光素和荧光素酶。虽然这些分子的确切形式因动物而异，但它们的工作方式基本相同，都是通过荧光素酶催化氧化荧光素来实现的。自然界中生物发光的用途生物发光的目的并非只有一个，根据不同的生物体，其好处也可能大不相同。然而，生物发光有三个广泛的领域：防御、攻击和交流。浮游生物发光生物发光的甲藻是一种浮游生物，可以利用生物发光来防御捕食者。当它们发现捕食者时就会发光，可能会通过吸引捕食者的注意而使捕食者本身更加脆弱。防御生物有许多方法可以利用生物发光作为一种防御机制。最简单的方法之一是通过突然爆发的光来震慑或吓跑捕食者，这这是许多虾类的典型行为。发光甲藻是一种浮游生物，可能利用生物发光来抵御捕食者。它们在探测到捕食者时就会发光，可能通过吸引捕食者的注意力使捕食者本身更加脆弱。许多鱿鱼表现出生物发光，既在其身体上，也通过其墨水中的生物发光化学物质。这两方面的目的是为了吓唬和迷惑捕食者。因此，当捕食者攻击时，鱿鱼可以喷出一团发光的墨水，以分散捕食者的注意力，同时游向安全地带。另一种防御形式是所谓的反照明伪装。同样，这在鱿鱼中很常见，使动物融入背景中。许多海洋捕食者从下方攻击，所以通过与上面的海洋颜色相匹配，鱿鱼可以逃避敌害的发现和追捕并游向安全地带。生物发光也可以作为一种警告信号，以防止捕食者的攻击，这就是所谓的无声主义。萤火虫和千足虫都使用这种防御形式来迷惑捕食者，使其认为它们是危险的攻击对象或有毒的食物。𩽾𩾌鱼利用生物发光来帮助吸引猎物攻击掠食者有两种方式可以利用生物发光作为一种攻击方式：模仿和照明。最著名的生物发光模仿类型是来自𩽾𩾌鱼。鱼头前悬挂的小灯，或称esca，引诱小动物靠近，以便进行攻击。另一个来自海洋的不太常见的例子是雪茄达摩鲨，它利用反照来模仿一群小鱼，欺骗下面的鱼，让它们以为有猎物。然后，当它们进入攻击距离时，它就会发动攻击。照明另一个不太常见的用途是照明（对于这些发光动物而言，照明反倒是次要的）。虽然大多数生物发光通常是蓝色的，但一些深海鱼已经进化到可以发出红光。深海中的大多数鱼看不到红光，因为水在如此之深的地方将其过滤掉了。然而，一些龙鱼利用红色生物发光作为聚光灯，只有它们能看到。通过这种方式，它可以在不知不觉中偷袭其潜在的猎物。萤火虫利用生物发光来吸引配偶交流萤火虫利用生物发光吸引配偶。根据不同的物种，有两种方式可以实现。在一些物种中，雌性发出光，吸引雄性，而在其他物种中，雄性发出光信号，与雌性交流。另一种使用生物发光的交流形式是在群体中产生的，发光体不是单一的生物体，而是浮游生物的群落，称为类群，它们联合起来形成一个上层建筑。每个类群都有一个发光结构，光线可以刺激，使每个群落对其他类群和外部光源产生的光线作出反应。生物发光是自然界的一个奇迹，许多壮观的动物利用这种技术来保护自己的安全，吸引猎物，或相互交流。令人难以置信的是，我们有可能只触及了自然界中存在的东西的表面。因此，可能还会有更多迷人的发现。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331901.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1331901.htm

科学家揭开珊瑚发生同步产卵现象的关键因素

科学家揭开珊瑚发生同步产卵现象的关键因素用于装饰和研究的珊瑚珊瑚生物学与繁殖鉴于珊瑚的分支形状或挥舞的卷须，你会把它们想象成海洋中的树木。但实际上，它们是由小海葵组成的群落，其中一些形成了坚固的结构，这通常就是我们在珊瑚礁中看到的熟悉形状。由于它们不是植物，因此不使用种子繁殖，而是像动物一样用卵子和精子繁殖。不过，它们的繁殖方式很神秘，也很少见。产卵前的Acropora珊瑚。图片来源：©2024MaruyamaLab珊瑚产卵事件的启示东京大学综合生物科学系副教授丸山伸一郎说："珊瑚集体产卵是指珊瑚在满月后的几天内同步释放卵子和精子，这是世界上最壮观的繁殖活动之一。然而，尽管进行了几十年的研究，同步产卵的环境驱动因素仍不清楚。珊瑚产卵的数据非常稀少，通常每年只有一次。将如此稀少的数据放入一个能够解释整体产卵模式的模型中一直是不可能的，但我们终于找到了一种可行的方法。"珊瑚产卵研究面临的挑战直接在珊瑚的自然栖息地研究珊瑚产卵在理论上是可行的，但在实践中却极具挑战性。研究人员需要在珊瑚床周围安装各种类型的坚固环境传感器，并每天潜水进行观察。这既昂贵又不切实际，而且风险很大，尤其是在夜间和恶劣天气下。Maruyama和他的团队寻求另一种方案，并找到了水族馆的形式，特别是冲绳Churaumi水族馆。产卵后的Acropora珊瑚。图片来源：©2024MaruyamaLab来自水族馆的宝贵数据Maruyama说："冲绳Churaumi水族馆保存了Acropora珊瑚（一种常见于日本最南端冲绳县的造礁珊瑚）15年的珊瑚产卵记录，但这些数据以前从未被用于此类研究。通过收集、解释和查询这些数据，我们发现珊瑚利用降雨、太阳辐射和水温等多种环境输入来调整产卵时间，并使之同步，以达到产卵高峰期。水温似乎是决定每年机会窗口的主要触发因素"。未来研究与应用这项研究具有潜在的应用价值，如更准确地预测珊瑚产卵和评估可能影响珊瑚繁殖的环境变化。了解珊瑚的繁殖活动对于维护珊瑚礁生态系统和保护相关海洋生物至关重要。但是，既然水族馆可以提供研究人员通过实验和观察难以获得的珍贵数据，为什么以前没有进行过这方面的探索呢？"水族馆是研究资源的宝库，拥有大量未经开发的宝贵数据。另一方面，一些科学家倾向于认为水族馆不能真正反映自然，也不像实验室那样井井有条。我们对这种认识上的差距以及那些被隐藏、被忽视、有时甚至被忽视的可能性感到着迷。在这里，我们分析了过去的数据，建立了一个符合这些数据的模型。下一步，我们计划制作一个数学模型，以预测未来自然界中的产卵事件。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433326.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433326.htm

科学家尝试冷冻储存大堡礁珊瑚

科学家尝试冷冻储存大堡礁珊瑚随着海洋温度升高破坏脆弱的生态系统的稳定，科学家们正在抓紧时间保护珊瑚礁。大堡礁在过去7年里经历了4次白化事件，包括首次在拉尼娜现象期间发生的白化事件。拉尼娜现象通常会导致温度变低。低温冷冻的珊瑚可以被储存，然后重新放归野外，但目前的方法要求有包括激光在内的尖端设备。科学家说，可以用较低成本制造一种新的轻型“低温网”来更好地保护珊瑚。在一次实验室测试中，科学家在澳大利亚海洋科学研究所使用低温网冷冻了珊瑚幼虫。这是世界上首次对大堡礁珊瑚进行此类试验。澳大利亚海洋科学研究所的高级研究科学家玛丽·哈格多恩说：“如果我们能够确保珊瑚的生物多样性……那么我们就有了未来真正帮助恢复珊瑚礁的手段。这项用于未来的技术是真正的游戏规则改变者。”此前，研究人员曾用这种低温网对较大和较小的夏威夷珊瑚进行过试验。其中对较大珊瑚的试验失败了。对大堡礁较大珊瑚的试验还在继续进行。参与试验的科学家来自澳大利亚海洋科学研究所、史密森国家动物园、史密森学会生物保护研究所、大堡礁基金会和澳大利亚塔朗加保护协会。这项低温网技术将帮助科学家把珊瑚幼虫保存在-196℃，它是由明尼苏达大学科学与工程学院的一个研究团队开发的。（编译/宋彩萍）...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345615.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345615.htm

科学家在世界首次试验中冷冻大堡礁珊瑚

科学家在世界首次试验中冷冻大堡礁珊瑚（早报讯）在澳大利亚大堡礁工作的科学家成功地试验了一种冷冻和储存珊瑚幼虫的新方法，最终可能有助受气候变化威胁的珊瑚礁重新焕发生机。路透社报道，在12月的实验室试验中，科学家在澳洲海洋科学院（AIMS）使用冷冻膜来冷冻珊瑚幼虫，这是世界上首次使用大堡礁珊瑚的试验。所使用的珊瑚是为了这次试验从珊瑚礁上采集的，恰逢每年短暂的产卵期。低温冷冻的珊瑚可以被储存起来，之后再放回野外，但目前的过程需要包括激光在内的精密设备。科学家说，一种新的轻型“低温网”（cryomesh）制造成本低廉，可以更好地保护珊瑚。由于海洋升温破坏了脆弱的生态系统，因此科学家正争相保护珊瑚礁。大堡礁在过去七年中经历了四次白化事件，其中包括拉尼娜（LaNina）现象期间的首次白化，这通常会带来较低的温度。史密森尼国家动物园和保护生物学研究所的高级研究科学家哈格多恩（MaryHagedorn）说：“如果我们能确保珊瑚的生物多样性，那么我们将拥有未来的工具来真正帮助恢复珊瑚礁。这项技术对于未来的珊瑚礁来说，将真正改变游戏规则。”发布：2022年12月19日7:02PM

科学家发现大自然对抗珊瑚白化的秘密武器

科学家发现大自然对抗珊瑚白化的秘密武器由意大利技术研究所（IIT）和米兰比可卡大学（UniversitàdegliStudidiMilano-Bicocca）的科学家组成的研究小组与意大利热那亚水族馆（AcquariodiGenova）合作，开发了一种可生物降解的生物材料，用于输送这种分子，而不会对周围的海洋环境造成破坏。热那亚水族馆进行的测试表明，这种材料在防止珊瑚白化方面具有显著效果。在极端情况下，珊瑚白化会导致珊瑚生物死亡，给珊瑚礁带来毁灭性后果。这些珊瑚礁对全球经济、保护海岸线免受自然灾害以及保护海洋生物多样性至关重要。大多数珊瑚与微藻共生，微藻对珊瑚的生存和鲜艳的颜色至关重要。然而，气候变化造成的海水和海洋温度上升会破坏这种共生关系，导致珊瑚白化。在这种情况下，珊瑚会因失去藻类而变白，并面临饥饿的危险。近年来，由于气候变化，这种情况已经影响到世界上大多数主要的珊瑚大堡礁，包括澳大利亚的大堡礁。遗憾的是，目前还没有有效的方法来应对和预防珊瑚白化，以免严重危害这些栖息地及其相关的生物多样性。印度理工学院和米兰比可卡大学的研究人员与热那亚水族馆合作，展示了姜黄素在防止气候变化引起的珊瑚白化方面的功效。这种天然分子是通过一种基于玉米蛋白（一种从玉米中提取的蛋白质）的生物材料的可控过程输送到珊瑚体内的。该系统由研究人员自行开发，以确保环境安全。在热那亚水族馆进行的测试中，模拟了热带海洋过热的条件，将水温升高到33°C（91°F）。在这种情况下，所有未经处理的珊瑚都出现了白化现象，而姜黄素处理过的珊瑚则没有任何白化迹象。这一结果表明，该技术能有效降低珊瑚对热应力的脆弱性。这项研究使用的珊瑚物种是Stylophorapistillata，这是一种常见于热带印度洋的珊瑚，已被列入世界自然保护联盟（IUCN）濒危物种红色名录。这项研究的第一作者、意大利技术研究所智能材料小组研究员、米兰比可卡大学环境与地球科学系研究员马尔科-孔塔迪（MarcoContardi）说："这项技术已经申请了专利，事实上，这项研究的下一步工作将重点关注其在自然界中的大规模应用。与此同时，我们还将研究使用其他天然抗氧化物质来阻止白化过程，从而防止珊瑚礁遭到破坏"。米兰比可卡大学海洋研究与高等教育中心（MaRHE）副主任、DISAT研究员西蒙-蒙塔诺（SimoneMontano）说："使用可生物降解和生物兼容的新材料，能够释放出减少珊瑚白化的天然物质，这是一种全新的做法。我坚信，这种创新方法将是海洋生态系统恢复战略发展过程中的一个重大突破。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371861.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371861.htm