海洋中的热带雨林——虫黄藻的前世今生

珊瑚礁生态系统是海洋中生物多样性最丰富、生产力最高的生态系统之一，被誉为“海洋中的热带雨林”。 作为珊瑚礁的“框架生物”，造礁珊瑚与虫黄藻互利共生。 珊瑚宿主为细胞内的虫黄藻提供庇护所和无机营养物质，如氮、磷和二氧化碳。 作为回报，虫黄藻进行光合作用。 并与珊瑚宿主“分享”大部分产物，以满足珊瑚的能量需求，促进珊瑚的钙化生长。 健康的造礁珊瑚每平方厘米通常含有数百万个虫黄藻。

然而，两国关系正面临全球气候变化的严重威胁，其中最令人担忧的是海水变暖和酸化。 海水异常变暖会导致珊瑚与虫黄藻的共生关系崩溃，导致珊瑚白化和死亡。 酸化会降低珊瑚钙化速度，也会影响造礁珊瑚的正常生长发育，从而影响共生关系的稳定性。

虫黄藻不仅只有一种类型

长期以来，人们普遍认为虫黄藻只有一种。 直到 20 世纪 70 年代中期，基于行为、生理学和微观结构的研究揭示了多种共生虫黄藻的存在。 现有研究已证实虫黄藻具有丰富的遗传多样性。 根据核糖体 DNA 序列，共生藻可分为 9 个谱系群 (AI)。 每个谱系组现在已分为属级层次结构。 根据转录间隔区ITS2的序列，该组进一步分为更多亚型。 不同类型的虫黄藻在生理特性上存在明显差异，进而影响共生系统的生理性能，包括光合生理和耐高温、耐酸化等。 其中，D型虫黄藻的耐热性最好。 与D型虫黄藻共存的造礁珊瑚往往具有良好的耐高温能力，常生活在浑浊、高温等极端环境中。

在成体阶段，珊瑚中有多种虫黄藻，但通常只有一种占主导地位。 同时，这种共生关系也具有一定的可塑性，帮助珊瑚适应环境变化。 例如，在经历高温胁迫后，珊瑚可以通过重组体内现有虫黄藻的相对丰度或从外界获取更适应的类型来适应高温，从而使优势虫黄藻从C型变为D型。 -建造石珊瑚，大多数珊瑚是产卵珊瑚。 它们产生的雄性和雌性配子不含虫黄藻。 体外受精后，配子发育成非共生的漂浮幼虫。 漂浮的幼虫附着并变态为幼虫。 逐渐生长发育直至完成整个生命周期。 早期共生的建立可发生在幼虫期或附着变态后的幼虫期，但真正的共生只发生在幼虫期。 幼虫利用触手和嘴上的纤毛捕获水体中的共生藻并将其运输至体腔，在体腔内被内胚层细胞识别和吞噬形成稳定的共生体，然后虫黄藻不断增殖和集中口盘和触手上。

早期珊瑚和虫黄藻之间的共生关系比成年珊瑚更加灵活和动态。 例如，鹿角珊瑚幼虫在野外1个月后即可与多种虫黄藻建立共生关系，而许多类型在成虫中不会出现。 随着它们的生长和发育，幼虫中的主要虫黄藻类型也会发生变化。 。

珊瑚礁环境海水中自由形态虫黄藻的多样性很高，珊瑚幼虫最初获取共生藻可能是随机的。 然而，特定类型的虫黄藻可以塑造珊瑚共生体的早期生长和发育及其对环境压力的反应和适应。 例如，与C型虫黄藻共生的鹿角珊瑚幼虫的生长发育速度明显快于与D型虫黄藻共生的幼虫，并且与D型虫黄藻共生的幼虫比与D型虫黄藻共生的幼虫更能耐受高温。 C型..

共生关系的建立是珊瑚生命早期阶段的一个里程碑事件。 从那时起，虫黄藻开始进行光合作用，为珊瑚宿主提供额外的营养和能量供应，这对于幼虫的生存和环境适应尤为关键。 珊瑚早期阶段有潜力筛选合适的虫黄藻类型，以根据发育过程中的生理需求和环境变化达到最佳条件。

不同的珊瑚对压力的敏感程度不同

在气候变化，特别是海水变暖和酸化的威胁下，珊瑚的早期共生建立将受到怎样的影响？ 在这个过程中，珊瑚幼虫能否通过选择某些虫黄藻来调整共生体的生理状态来应对和适应变暖和酸化？ 不同类型珊瑚的适应潜力和策略有何异同？

带着上述问题，中国科学院南海海洋研究所黄辉课题组对印太地区广泛分布的两种造礁珊瑚——中间鹿角珊瑚和秀丽隐杆线虫进行了研究。 前者是一个敏感分支。 异形珊瑚，是耐性的团聚珊瑚。 研究人员收集了两种珊瑚的受精卵，将其培养至幼虫阶段，然后在流水式实验繁殖系统中进行培养。 通过控制海水温度和pH值，他们研究了两类珊瑚幼虫在变暖和酸化影响下的早期共生建立过程。 以及成长和发展。

研究发现，变暖延迟了两种珊瑚物种早期共生的建立，而酸化影响不大，但不同珊瑚物种对压力的敏感度较低。 变暖完全抑制了中原卫城早期共生的成功建立，也显着抑制了幼虫的无性出芽繁殖。 这说明早期共生体的建立对幼虫的生长发育具有重要的支持作用； 对于珊瑚虫来说，变暖仅使成功建立共生关系的珊瑚幼虫的比例减少了 50%。

此外，气温升高会影响中间鹿角珊瑚幼虫对虫黄藻的选择偏好。 常温条件下，鹿角珊瑚幼虫主要与虫黄藻C群建立共生关系。 高温条件下，幼虫偏好耐热的虫黄藻D.群； 相比之下，秀丽隐杆线虫的幼虫更喜欢在酸化条件下与虫黄藻D组建立共生关系。

此外，研究发现，在高温条件下，中间卫城幼虫体内虫黄藻中涉及核糖体合成、光合作用和基本代谢过程的基因表达下调，这表明虫黄藻虽然可以进入中间卫城的体内此时，它们的光合作用和新陈代谢都受到抑制，无法大量增殖建立稳定的互利关系。 蒋雷

（据微信公众号“中科院之声”）

Tags：珊瑚 共生关系 鹿角