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通过藻类“辅助进化”以保护珊瑚礁

编译者:liguiju发布时间:Jun 1, 2020点击量:70 来源栏目:科研动态

斯坦福大学的研究人员首次在实验室中培育出能够减少珊瑚白化的藻类。这一结果是“辅助进化”领域的一个显著进步,科学家们正在努力改变珊瑚的基因,以帮助它们忍受更热的温度。这项研究成果发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上。

斯坦福大学进化生物学家Steve Palumbi表示,这是一项“开创性”的研究,但他警告说,这种方法还不能应用于野外。

珊瑚和它们的藻类是紧密相连的。这种微小的植物状生物生活在珊瑚虫的细胞内,珊瑚虫是一种像海葵一样的小动物,它们聚集在一起形成形状奇特的骨骼,通常被称为珊瑚。这种被称为虫黄藻的藻类利用珊瑚的废物来帮助食物进行光合作用,同时反过来又滋养了珊瑚宿主。但在热浪来袭时,这种关系就会恶化。珊瑚虫会将藻类从体内排出,科学家怀疑这是对过热藻类释放出的大量破坏组织分子的反应。没有藻类,珊瑚就会变白,如果白化很严重,就会死亡。

珊瑚遗传学家Madeleine van Oppen希望可以诱导藻类进化成能够减少白化反应的菌株。为了做到这一点,墨尔本大学辅助进化的主要推动者van oppeni和他的同事转向了一种常见的珊瑚藻,即Cladocopium goreaui。为了确保基因完全一致,他们从单个藻类的克隆开始,在4年的时间里,在31摄氏度的水中培养了100多代藻类,这一环境相当于大堡礁的热浪。

然后,澳大利亚政府的联邦科学和工业研究组织的博士后研究员Patrick Buerger将10种不同的热水藻注入装有珊瑚幼虫的单独的小瓶中。针尖大小的动物将藻类吸收到它们的细胞中。他对生长在更典型的27℃水中的藻类也做了同样的实验。然后,研究小组将这些幼虫和藻类一起放入31℃的水中,持续1周。

结果好坏参半。当与珊瑚幼虫配对时,一些自身适应热水的耐热藻类不能很好地繁殖。藻类细胞的密度开始下降,这是白化的迹象,一些幼虫死亡。在三种藻类中,细胞密度增加了26%。其中一些藻类可以减少珊瑚的热白化,所以这非常令人兴奋。

有一些基因线索可以解释为什么有些藻类脱颖而出。在一种抗白化的藻类中,与将碳转化为糖有关的基因在热水暴露后变得更加活跃,而与光合作用有关的基因则变得不活跃。van Oppen指出,可能是光合作用的减少保护了珊瑚,使其免受被称为活性氧的有毒副产品的伤害,活性氧在热浪中会激增,而碳活动则有助于维持珊瑚的生长。

尽管研究结果令人鼓舞,但科学家还需要回答很多问题,才能将这种藻类用于辅助野生珊瑚。目前还不知道这些藻类将如何与成年珊瑚虫相互作用。也不知道它们如何与珊瑚礁上的野生藻类竞争。

罗格斯大学新布伦瑞克分校的进化基因组学家Debashish Bhattacharya提到,另一个问题是热适应是来自藻类基因组的长期变化,还是可能在野生环境中消失了几代后的暂时变化。Bhattacharya培育了耐盐藻类和生物燃料,他说他怀疑只有几百代的繁殖,这种变化可能不会持久。并且他认为这里讨论的不是更好的遗传特征。

(刁何煜编译)

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