科学家揭示珊瑚的高温驯化适应机制 让“适者生存”加速上演,为珊瑚提供应对气候变化路径******
科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径。尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
——江雷 中国科学院南海海洋研究所助理研究员
◎本报记者 何 亮
珊瑚作为一种海洋生物,因其缤纷的色彩、特殊的生存方式而受到人们的关注。珊瑚对生存环境的变化较为敏感、对生存环境的要求较为苛刻,气候变化影响下的水温升高会导致大量珊瑚白化死亡。
近日,生态学期刊《分子生态学》在线发表了由中国科学院南海海洋研究所黄晖团队领衔完成的论文,揭示了珊瑚应对气候变暖的驯化适应及其生理和分子机制。论文共同第一作者、中国科学院南海海洋研究所助理研究员江雷在接受科技日报记者采访时表示:“这项研究有助于我们正确认识珊瑚对海水升温的适应潜力,为人类保护珊瑚礁提供了正面、积极的启示。”
孵幼型珊瑚,礁体上的“拓荒者”
长期以来,珊瑚除了因为五彩斑斓的色彩而备受人们关注,关于它还有一个问题常常令人困惑——珊瑚究竟是动物,还是植物?
事实上,珊瑚是动物,是一种较低等的刺胞动物。珊瑚之所以色彩斑斓,是因为其体内生活着一种微小的藻类——虫黄藻。虫黄藻可以通过光合作用为珊瑚提供能量,保证珊瑚的生存。如果珊瑚失去虫黄藻,就会饿肚子,最终因没有能量来源而饿死。
珊瑚与虫黄藻复杂的共生关系,不仅关乎珊瑚的生存,也是科研人员研究的重点。此次研究中,黄晖研究团队主要研究的珊瑚种类是孵幼型鹿角杯形珊瑚。
“孵幼型鹿角杯形珊瑚比较特殊,是‘先锋物种’,这也是我们选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象的一个原因。当一个生态系统受到破坏或者干扰的时候,‘先锋物种’是最早出现的一类生物。‘先锋物种’就像‘拓荒者’一样,率先开启了生态演替和重塑生物群落的旅程。”江雷表示,“因为发育快,繁殖能力强等原因,一旦有新的合适生存环境出现,孵幼型鹿角杯形珊瑚的幼虫会最先长到礁体上开拓生存环境,并对礁体进行相应改造。之后才会有其他的生物相继进驻这一生存环境。”
选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象,另一个重要的原因是其对环境的适应类型。江雷介绍,在自然界,生物对环境的适应有两种不同类型:一种类型称作表型可塑性适应,即生物的生理过程是弹性可变的,生物通过调整机能适应环境变化;另一种类型称作进化适应(又称遗传适应),即生物在许多世代中由自然选择进行演化、筛选,最终完成对环境变化的适应。
“我们选择表型可塑性适应来进行研究,是因为对这种适应类型的研究时间周期较短,容易捕获研究结果,显现成果差异。”江雷表示。孵幼型鹿角杯形珊瑚的繁殖方式是体内受精,幼体在母体内发育,发育成为幼虫之后,再由母体排出体外。孵幼型鹿角杯形珊瑚排放出来的幼虫发育周期在1个月左右,是卵生型珊瑚的十分之一。
开展对比实验,揭示生理调节机制
在中科院南海海洋研究所的实验室里,一排排灯光格外显眼。光线照射下,颜色各异的珊瑚生活在人工营造的生态系统里。江雷等科研人员对孵幼型鹿角杯形珊瑚的驯化实验也正是在这里进行。
“在野外,珊瑚生存的正常水温是29摄氏度。我们通过温控系统,将珊瑚缸中的水温以每天约0.5摄氏度的速度进行提升。大约一个星期后,珊瑚缸中的水温会升至32摄氏度,并保持此温度。此次研究中的孵幼型鹿角杯形珊瑚幼虫,正是在上述高温环境中完成在母体珊瑚体内的发育和出生。”江雷说。
在长达1个月的研究中,科研人员观察到了很多现象。经过高温驯化后,孵幼型鹿角杯形珊瑚母体的代谢受到了不利影响,不仅光合作用降低,还发生了白化现象。可是,驯化组子代幼虫的表现却不一样,与对照组子代幼虫相比,经过高温驯化的子代幼虫能适应更高的水温,其最适生存温度有了明显提升,对高温的适应性得到了增强。江雷表示:“这说明,仅仅一个月的驯化就对子代幼虫的表型产生了较为明显的影响。”
仅凭一组数据,尚不足以得出定论。接下来,科研人员又进行了交叉移植实验。科研人员分别将经历了驯化组的幼虫和对照组的幼虫置于对照温度与高温环境。对比的结果与此前的结论较好地吻合,证明珊瑚母体的热驯化缓解了高温对子代幼虫的不利影响。
“上述现象背后,是珊瑚幼虫生理状态的调整。”江雷表示,在驯化之后,幼虫的虫黄藻的光合活性与光合速率得到了提高。幼虫的虫黄藻变得更强大,对高温的适应能力也更好。与此同时,幼虫的呼吸消耗降低了。这就意味着,幼虫能在获得更多营养物质的同时,支出更少的能量消耗。
“这一生理调节机制对珊瑚幼虫来说,可谓是大有裨益。”江雷表示,处于浮游阶段的幼虫,能量物质的补充全部依赖于虫黄藻的光合作用。如果生产得多且消耗得少,幼虫的能量储备就会更加充足,也会利于其生存。
此次研究中,科研人员还发现,驯化后的珊瑚幼虫中负责从虫黄藻转移脂类、糖类和氨基酸等营养物质的宿主转运蛋白基因表达也发生了显著上调,与此前发现的相关生理机制相符。
发挥科技力量,提供更多拯救路径
在气候变化影响导致水温升高、威胁珊瑚种群生存的当下,我们能否利用科技找到更多拯救珊瑚种群的路径?
“在气候变化越发明显的当下,每一次海洋热浪事件都相当于对珊瑚的一次驯化。”江雷表示,在未来,野外环境中的驯化事件及其引发的适应效应将会越来越多。
在我国,珊瑚修复工作正在如火如荼地展开。借助中国南海相对于其他珊瑚生活海域位置偏北的地理位置优势,我国科研人员在三亚、西沙等潮间带浅水区的极端生境中寻找能够存活下来的珊瑚,并将它们移植到实验室进行选育扩繁,最终把这些珊瑚再次回植到天然的生境中。
“此次研究的孵幼型鹿角杯形珊瑚,也来自生境恶劣的潮间带。”江雷表示,在海底种珊瑚与在陆地上植树造林有一定的相似之处,却比在陆地上植树造林辛苦得多。科研人员要背着数十斤重的装备在水底打桩固定,水下失重的环境也让工作难度大大提升。
此次研究的论文通讯作者、中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员黄晖介绍,截至目前,南海海洋研究所共建设了40亩苗圃,一年可产出约7万株珊瑚苗;还建设了300亩的修复区,扭转了实验依靠野外采苗的现状。目前,科研人员播种到海床的珊瑚苗均出自人工培育。
“尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。”江雷表示,科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径,而解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
(新春走基层)24年春运里的坚守:以小家“咫尺天涯”换万家团圆******
中新网温州1月18日电(黄慧 范凡)又是一年春运时。近些天,人潮涌动中,不计其数的游子带着对家乡浓浓的思念,踏上归家的旅途。但对浙江温州站客运值班员王燕波而言,为了守护万家团圆,她与“近在咫尺”的家却是“远隔天涯”。
今年春运是王燕波加入浙江交通集团金温铁道公司后的第24个春运。作为土生土长的温州人,过去的24年春运期间,她一年不落地坚守在岗位上。
回忆这些年的春运历程,其中包含万般滋味,有为候车早产孕妇接生的紧急,有在寒潮来袭时通宵值守维持秩序的艰辛……多次考验之下,王燕波也逐渐成长为一名业务精通、细致周全的春运守护人。
“列车马上就要检票了,请旅客们排好队。持儿童票、临时身份证的,请走人工通道……”1月17日6时30分,温州站检票口传来王燕波熟悉却又略带沙哑的声音。随着返乡客流高峰到来,她都会在车票开检前5分钟,穿梭在排队的人群里,提醒检票注意事项,确保大客流能快速进站上车。
作为客运值班员,她的主要工作就是负责班组工作安排、旅客候车引导、处置突发情况等。多年的春运经历,让她不仅能顺利化解一切“疑难杂症”,在工作中还总是多想一步、多走一步、多说一句,做旅客“暖心人”。
6时55分,候车厅准时响起K2906次列车的停检广播,乘坐K944次列车的旅客们立马蜂拥而上,将应急检票通道堵得水泄不通。“2906还有一个!还有一个!”这时,对讲机传来安检口的呼叫。
“大家请让一让,把应急验票通道让出来!”“行李往边上挪一挪!”王燕波立即开始清理应急通道,确保晚到的旅客能顺利上车。“早上这两趟车是接连检票,而且K944次客流比较大,K2906次停检这一会,应急通道就会被K944次的大客流堵住,所以通道清理很重要,每一秒都是关键。”
王燕波说,“春运如同‘赛场’,需要争分夺秒地守护好旅客出行之路。”在她口袋常装的小本子上,记录着每天开行的车次和人数,重点标注出大客流列车,根据客流灵活调整开检时间。除了类似K2906次、K944次列车需要短时间内组织大客流上车外,她还用贴心服务温暖着旅客出行。
某一次,王燕波接到一名年迈老人的求助,老人独自返乡,买不到铺位,她迅速联系列车长,并送老人上车,为老人办理补票手续。由于老人携带现金不够,使用的又是老年机,她毫不犹豫地垫付了补票费用。
春运期间,王燕波总会“扎”进候车室,举起喇叭,提醒旅客正在检票的车次和做好防疫措施。工作空档,她也会拿着喇叭去广场引导,提前组织旅客进站上车,缓解高峰压力。一天下来,她平均行走超两万步,说上千句话。
王燕波还有着另一个身份——温州站客运党支部委员。同事们都习惯称呼她为“波姐”,因为她就像知心姐姐那般温暖着身边的每一个人。
“波姐,挺不好意思的,现在春运大客流,但我父亲肺炎住院,老婆也感染了,小孩没人照顾,我能不能申请年休?”刚升级当爸爸的客运员兰福熠纠结了很久,还是拨通了王燕波的电话,语气中尽是无奈。
“你放心照顾家里,工作的事,别担心。”挂上电话,王燕波就开始忙着人员排班,可怎么排都还差一个自助设备引导员。
正当她愁眉不展时,处于高中寒假期间的儿子自告奋勇说:“要不我去当志愿者吧,暑运的时候你们教过我如何使用自助设备。”就这样,人员问题解决了。值岗当天,王燕波早早带着儿子到站,开展岗前培训后才放心去忙自己的事。看着儿子淹没在人海,王燕波担忧之余,眼底尽是欣慰。
春运期间,大家常常一忙就忘了吃饭。王燕波只要得闲,就替岗各个岗位,安排班组人员轮流吃饭,而她自己的午饭断断续续到下午两点多才吃完。她开玩笑道:“这是健康饮食,少食多餐。”
夜幕降临,最后一趟列车作业完毕后,王燕波终于脱下已被汗水打湿的防护服,踏上去往医院的路。谁也想不到,每天最早到岗、最晚下班,照顾到每一个人的王燕波,其实一直都在单位和医院两头跑,照顾因肺炎住院已八十多岁高龄的父亲。
在金温铁道公司,还有许许多多个“波姐”。她们提前到岗、延迟下班,加班加点只为确保旅客运输平安;她们舍弃小家,和同事们并肩作战,坚守一线,只为守护万家团圆。(完)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)