coral’s共生群落可以预测它抵抗气候压力的能力
美国和澳大利亚的研究人员发现了一种潜在的工具，可以识别“super corals”，它可以承受一定程度的气候变化。
Rice大学的Lauren Howe-Kerr(左)和Adrienne Correa是一个研究小组的成员，他们发现通过研究生活在珊瑚体内的共生藻类来预测珊瑚对气候变化的承受能力是可能的。(布兰登·马丁/莱斯大学)
“是莱斯大学的海洋生物学家，也是最近发表在《全球变化生物学》杂志上的一篇论文的作者之一。如果我们不限制二氧化碳的排放，它将不足以拯救珊瑚礁，但它是令人兴奋的
在这项研究中，来自澳大利亚海洋科学研究所(AIMS)的海洋生物学家从大堡礁采集了珊瑚，并使用单独控制的容器来比较它们对上升的海洋温度、增加的酸度和接触细菌害虫的反应。
通过观察珊瑚体内的共生藻类，我们发现了一个有趣的现象:拥有更多相似藻类群体的珊瑚在压力下生存得更好。
该项目的独特之处在于，我们研究了这些珊瑚群落中共生藻类的整体群落与珊瑚的耐受力之间的关系。
科雷亚说:“这就像看一支运动队的所有队员一起预测他们下个赛季的表现一样。个人才华固然重要，但团队合作也是如此
从出国留学开始
Howe-Kerr是在2016年昆士兰汤斯维尔的AIMS本科海外学习学期开始她的研究的。当其他人研究corals’对实验压力的抗性进化时，她把重点放在了他们的单细胞伙伴身上，一种叫做鞭毛藻的藻类。
为了在珊瑚体内获得受保护的生命，鞭毛藻将阳光转化为食物，为它们的宿主提供食物。它们还赋予了珊瑚礁中常见的鲜艳色彩。一个珊瑚群落可能是多种鞭毛藻的栖息地。虽然它们在显微镜下看起来是一样的，但通过DNA分析可以发现它们之间的区别。
在全球变化生物学研究中，Howe-Kerr、Correa和包括Rice的Benedicte Bachelot和AIMS的Line Bay在内的合著者展示了如何利用共生群落多样性来预测珊瑚的应激反应。
Correa说:“过去，很多研究都在寻找‘savior’共生体，这种特殊的共生体为珊瑚群落提供了额外的抗压能力。”“Lauren有一个伟大的想法去研究微生物群落，或者说是鞭毛藻的共生群落，是如何与压力反应整体相关的
科雷亚说，这项研究并没有直接测试共生菌作为一个团队的合作程度。
研究人员研究了鞭毛藻共生多样性和珊瑚宿主对气候胁迫的耐受性之间的关系。在环境条件下，表现最差的珊瑚群落与表现最好的珊瑚群落(色彩较淡的珊瑚群落)相比，共生群落的多样性更强(色彩较浓的珊瑚群落)。表现最差的珊瑚群落在接受压力处理后也变得更加多变(箭头所指)，而表现最好的珊瑚群落则保持一致(没有箭头所指)。(Janavi Mahimtura Folmsbee绘画)
她说:“这是下一步骤，但在这项研究中，我们只知道每支球队的球员名单或种属。“我们知道表现不佳的珊瑚的花名册比表现最好的珊瑚的花名册包含更多的共生群落。这告诉我们，特定共生体或参与者的身份，是唯一重要的因素
模拟气候变化
在这项研究中，珊瑚在AIMS国家海洋模拟器的海水槽中接受了为期10天的压力测试。在独立控制的容器中，每个殖民地的碎片都暴露在人类引起的气候变化所造成的各种压力下。在一组水箱中，温度逐渐从27摄氏度上升到30摄氏度(80.6华氏度到86华氏度)。另一种方法是将溶解的二氧化碳加入海水中，模拟海洋酸化。在10天的测试中，这些容器中的pH值从8.0逐渐下降到7.8。第三组坦克模拟了细菌病原体对珊瑚礁造成的压力。第四组水槽中的珊瑚同时暴露在所有三种压力下，实验还包括一组对照组，第五组水槽中的珊瑚没有压力。
Howe-Kerr比较了两组珊瑚的鞭毛共栖群落结构:四组对压力反应最好，四组反应最差。
“在表现最好的珊瑚中，我们看到一个更受约束的群落，无论它们经历何种压力，变化都很小。”她说。相比之下，在压力下表现较差的蜂群，其群落特征各不相同。你甚至可以在对照组中看到这一点
结果表明，最佳演替者的共生群落在良好的条件和压力下都能很好地与珊瑚宿主协同工作。相反，在表现最差的珊瑚中，模式的多样性表明，一些珊瑚不擅长控制它们的微生物群落，在压力下，它们的鞭毛藻团队可能会失控。
托尔斯泰说得很好
科雷亚说，研究结果表明，珊瑚共生菌群受“安娜·卡列尼娜原则的支配，”是托尔斯泰1878年的长篇小说《“安娜·卡列尼娜》的第一句话所描述的一种科学范式:“幸福的家庭都是相似的;不幸的家庭各有各的不幸
托尔斯泰不是科学家，但他对人类家庭动态的洞察力是如此敏锐，以至于科学家们把它作为复杂系统中成功和失败的一般概念。在依赖于许多因素的复杂任务中，当每个因素都是成功的关键时，原则意味着任何因素中的一个缺陷都可能导致失败。但是因为失败的方式有很多，所以没有两个失败是一样的。相反，成功往往看起来是一样的，因为每一次都没有重大的失败。
在显微镜下看到的甲藻。鞭毛藻物种在显微镜下看起来是一样的，但通过DNA分析可以发现它们之间的差异。(图片由柯里亚实验室/莱斯大学提供)
这一原理已被应用于统计学、经济学、医学、生态学等领域，但科雷亚表示，这是首次将其应用于珊瑚-鞭毛藻微生物群落的研究。
下一站,波利尼西亚
Howe-Kerr说，她期待着看到水槽实验的结果是否也适用于承受珊瑚礁压力的珊瑚。
她说:“在过去的两年中，我们在法属波利尼西亚的Mo’orea进行了一次采样工作，在那里我们对该岛周围的单个珊瑚群落进行了标记。”去年夏天我在那里的时候，发生了大规模的漂白事件。几乎所有我们前几年采样的殖民地都漂白了
珊瑚白化是指珊瑚在极度压力下会排出它们的甲藻伴侣。随着过去40年海洋温度的升高，珊瑚白化现象变得越来越普遍。有些珊瑚能在白化中幸存下来，但许多却不能。
“ Howe-Kerr说，由于我们已经做的工作，所以有机会在岛上大规模地测试基于坦克的发现。我们想看看是否有可能根据珊瑚共生群落的先前组成来预测哪些珊瑚最终在漂白事件中幸存下来
其他共同作者包括南加州大学的卡莉·肯克尔和马萨诸塞州北安普顿史密斯学院的瑞秋·赖特。该研究得到了国家科学基金会Sigma Xi’s研究计划和目标的资助。
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