珊瑚以共生藻类为食，或可解释达尔文时代的古老谜团

英国南安普顿大学领导的一项新研究揭示了为什么珊瑚礁可以在看似营养贫乏的水中茁壮成长。研究表明，珊瑚吃一些共生藻类来获取生存所需的营养，也就是说，珊瑚以它们的光合共生体——生活在其细胞内的微小藻类——为食。该研究发表于《自然》。

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南安普顿大学珊瑚礁实验室Jörg Wiedenmann教授说：“关于为什么珊瑚礁在营养贫乏的海洋中茁壮成长的问题被称为达尔文珊瑚礁悖论，我们的研究可以帮助解决这个长期存在的谜团。查尔斯·达尔文(Charles Darwin)曾正确地预测了地壳下沉和珊瑚的稳定向上生长是如何相互作用形成巨大的珊瑚礁结构的。然而，这种旺盛生长背后的生物学机制仍未得到研究。”

共生

石珊瑚是软体生物，它们可能看起来像植物，但实际上是动物。这些生物是由许多单独的珊瑚虫组成的，这些珊瑚虫作为一个群体生活在一起，再加上石灰岩骨架形成了我们称之为“珊瑚礁”的三维框架。

珊瑚礁是重要的水下生态系统，使许多人类社区有益。它们为无数生物提供了家园和觅食地，维持着全球约25%的海洋生物多样性。因此，它们为地球上大约5亿人提供食物和收入。

珊瑚依赖于一种“共生关系”，即一种生活在其细胞内的微小藻类。光合藻类产生大量富含碳的化合物，它们将这些化合物转移给宿主珊瑚以产生能量。共生藻类也非常有效地吸收海水中溶解的无机营养物质，如硝酸盐和磷酸盐。

科学家们的发现

与它们的共生体相比，珊瑚宿主不能直接吸收或使用溶解的无机营养物质，那么这些营养物质是如何促进珊瑚的生长呢。南安普顿大学的这项研究已经确定了这些必需的生长营养物质转移到珊瑚体内的机制。

科学家们证明，珊瑚实际上会消化一些共生体，以获取共生体从水中吸收的氮和磷。在水中有足够溶解的无机营养物质的地方，这种机制使珊瑚即使没有获得任何额外的食物也能快速生长。

在印度洋偏远珊瑚礁环礁的实地调查结果支持了这项发现，表明这种机制在生态系统层面上促进了野生珊瑚的生长。

研究科学依据

研究人员使用一种专门标记的化合物来追踪共生伙伴之间必需营养氮的移动。实验中使用的化学形式的氮只能通过共生体整合到它们的细胞中，而不能通过珊瑚宿主整合到细胞中。通过这项技术，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向共生体提供的溶解的无机营养物质

研究人员使用了10种不同的珊瑚物种来量化共生体种群是如何与其宿主一起生长的。利用共生体生长的数学模型，表明大多数共生珊瑚都可以通过这种方式来补充营养。

科学家们还分析了印度洋岛屿周围生长的珊瑚，有些岛上有海鸟，有些没有，以表明珊瑚有可能在野外养殖并以它们的共生体为食。

兰开斯特大学的海洋生态学家Nick Graham教授解释说：“其中一些岛屿周围的珊瑚礁提供了大量来自‘鸟粪’的营养物质，鸟粪是在岛上筑巢的海鸟的排泄物。在其他岛屿上，海鸟的栖息地已经被入侵的老鼠摧毁。因此，相关的珊瑚礁得到的营养较少。我们测量了岛屿周围有和没有密集海鸟种群的鹿角珊瑚群落的生长情况，发现在有海鸟营养的珊瑚礁上生长速度要快两倍多。”

全球变暖与未来

通常由人类活动引起的营养物质过度富集会损害珊瑚，并对许多珊瑚礁构成日益严重的威胁。由于全球变暖可能会切断一些珊瑚礁的自然供应路线，一些珊瑚礁在未来获得的营养物质可能会更少。

南安普敦大学的D'Angelo博士解释说：“变暖的表层水不太可能从更深的水层获得营养。水生产力的降低会导致共生体的营养物质减少，进而导致珊瑚的食物减少。”

科学家也表明，虽然珊瑚可以通过以共生体为食来忍受短暂的饥饿，但在全球变暖给某些地区带来的更长时间的营养消耗下，一些珊瑚礁仍可能面临“饥饿”的风险。

参考文献：

1.https://www.nature.com/articles/s41586-023-06442-5

2.Jörg Wiedenmann, Reef-building corals farm and feed on their photosynthetic symbionts, Nature (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06442-5. www.nature.com/articles/s41586-023-06442-5

编译：Sara

审核：Daisy

编辑：Tommy