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• 发布日期 2021 年 1 月 13 日

珊瑚已经进化了数千年，能够在几乎没有营养物质的水中生活，甚至茁壮成长。在健康的珊瑚礁中，海水通常非常清澈，这主要是因为珊瑚找到了最佳利用周围少数资源的方法。这些条件的任何变化都会使珊瑚的健康失去平衡。

现在，麻省理工学院(MIT)和伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution, WHOI)的研究人员与古巴的海洋学家和海洋生物学家合作，已经发现了一些珊瑚物种黏糊糊的生物膜内的微生物，它们可能有助于保护珊瑚免受某些营养失衡的影响。

研究小组发现，这些微生物可以从珊瑚周围吸收并“清除”氮。在低浓度的情况下，氮可以成为珊瑚必需的营养物质，为它们的生长提供能量。但是，过量的氮，比如富氮肥料渗入海洋，会引发藻类大量繁殖。海藻可以在资源上胜过珊瑚，使珊瑚礁承受压力，颜色变白。

通过吸收过量的氮，这些新发现的微生物可能会阻止藻类的竞争，从而成为它们所居住的珊瑚的微小保护者。尽管世界各地的珊瑚正经历着全球变暖带来的广泛压力和白化，但一些物种似乎已经找到了保护自己免受其他氮相关压力来源影响的方法。

“的一个方面发现这些生物与珊瑚,珊瑚有一个自然的方式能够对抗人为影响,至少在氮的可用性方面,这是一件非常好的事情,”安德鲁·Babbin说Doherty海洋利用麻省理工学院的助理教授的地球、大气和行星科学。“至少在某种程度上，这可能是珊瑚礁保护自己的一种非常自然的方式。”

Babbin和他的同事，包括麻省理工学院的研究生Diana Dumit, Tyler Tamasi, Laura Weber和Sarah Schwartz，已经在ISME杂志上报道了他们的发现。

死区类似物

巴宾的小组研究海洋生物如何循环氮元素，这是生命的关键元素。海洋中的氮有多种形式，如氨、亚硝酸盐和硝酸盐。巴宾对研究缺氧环境中氮循环的方式特别感兴趣。缺氧环境是海洋中的低氧区域，也被称为“死区”，在那里鱼类很少被发现，微生物可以大量繁殖。

“在没有足够氧气供鱼生存的地方，细菌开始做一些不同的事情，这对我们来说是令人兴奋的，”巴宾说。“例如，它们会开始消耗硝酸盐，这就会影响特定部分水的产量。”

死区并不是海洋中唯一的缺氧区域，细菌在这里可以尽情享用氮。低氧环境可以在更小的尺度上被发现，比如生物膜，从海难的船体到珊瑚礁，覆盖在海洋表面的富含微生物的黏液。

“我们体内有生物膜，可以让不同的厌氧过程发生，”巴宾说。“珊瑚也是如此，它们可以产生大量的粘液，作为氧气的阻碍屏障。”

尽管珊瑚离地表很近，而且氧气也够得着，巴宾还是想知道，珊瑚黏液是否会促进“缺氧区”，或者是低氧区，在那里消耗硝酸盐的细菌可能会大量繁殖。

他向WHOI的海洋微生物学家艾米·阿普里尔(Amy Apprill)提出了这个想法。2017年，研究人员和一个科学团队乘船前往古巴，阿普里尔计划在那里对受保护的国家公园——皇家植物园(Jardines de la Reina)——的珊瑚进行研究。

“这个保护区是加勒比海珊瑚最后的健康避难所之一，”巴宾说。“我们的希望是研究一个受影响较小的地区，获得一个基线，了解什么样的氮循环动态与珊瑚本身有关，这将使我们了解人为干扰会对该系统造成什么影响。”

抽汲的洗涤塔

在探索珊瑚礁的过程中，科学家们从该地区大量存在的珊瑚物种中提取了小样本。在船上，他们在各自的海水中培养每个珊瑚标本，同时使用氮的示踪剂——一种比海水中自然存在的分子重一些的分子。

他们把这些样品带回剑桥大学，用质谱仪对其进行分析，以测量氮分子的平衡如何随时间变化。根据样品中消耗或产生的分子类型，研究人员可以估计氮减少和反硝化的速率，或通过其他代谢过程增加的速率。

在几乎每一个珊瑚样本中，他们观察到的反硝化速率高于大多数其他过程;珊瑚上的某些东西很可能吸收了这些分子。

研究人员擦拭了每一个珊瑚的表面，并在培养皿中培养出粘滑的标本，他们在培养皿中检测已知的能够代谢氮的特定细菌。这项分析揭示了生活在大多数珊瑚样本中的多种氮擦洗细菌。

“我们的研究结果表明，这些与珊瑚生活在一起的生物，有一种清理当地环境的方法，”巴宾说。“有一些珊瑚物种，像这种脑珊瑚双生珊瑚，表现出极其快速的氮循环，而且恰好相当耐劳，即使是在人类活动的变化中，而Acropora，在整个加勒比地区的大致形状，表现出很少的氮循环。”

氮擦洗微生物是否直接有助于珊瑚的健康还不清楚。该研究小组的结果是这种联系的第一个证据。接下来，巴宾计划探索海洋的其他部分，比如热带太平洋，看看类似的微生物是否存在于其他珊瑚上，以及这些细菌在多大程度上有助于保护它们的宿主。他的猜测是，它们的作用与我们自身系统中的微生物相似。

巴宾说:“我们对人类微生物群研究得越多，就越能意识到，与我们生活在一起的生物体确实推动着我们的健康。”“珊瑚礁也是如此。是珊瑚的微生物群决定了珊瑚系统的健康。我们试图做的是揭示珊瑚系统中微生物网络的新陈代谢部分。”

这项研究部分得到了麻省理工学院Sea Grant、Simons基金会、麻省理工学院Montrym、Ferry和mTerra基金以及Bruce Heflinger ‘ 69、SM ‘ 71、1980博士的支持。