速遞！為了拯救白化的珊瑚，科學家讓它們“喝”下益生菌

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查爾斯·達爾文（Charles Darwin）那場舉世聞名的小獵犬號（HMS Beagle）之旅主要給世人帶來了“演化”這一生物概念。但是，達爾文還調查了珊瑚礁及其形成過程，其中有一個現象確實困擾過他，這一難題后來成為了達爾文珊瑚礁悖論（Darwin"s reef paradox），具體如下：

(資料圖)

“在營養匱乏的海洋中，為什么會存在這般生機盎然、欣欣向榮的生命呢？”

德國康斯坦茨大學（University of Konstanz）的教授克里斯蒂安·福爾施特拉（Christian Voolstra）博士說：“秘密就在于共生關系。珊瑚基本上都是固著生物或者說動物，所以一旦選定了某地，它們就留在那里，不再移動。它們的生存方式就是和組織中的微型藻類搭伙，這些微小的植物能通過光合作用產生糖分，絕大部分都會輸送給珊瑚。”

然而，全球各地的這些小動物正陷入巨大的生存危機。根據全球珊瑚礁監測網（Global Coral Reef Monitoring Network）2021年10月發布的報告，過去十年內，我們損失了全球14%的珊瑚礁，主要原因是白化事件。珊瑚白化的導火索是珊瑚生存環境的變化，包括溫度升高、陽光輻射或者污染。

但珊瑚白化究竟意味著什么？

福爾施特拉解釋說：“珊瑚的顏色來自藻類光合作用的色素，珊瑚一旦失去藻類，就會發白。所謂的白化就是這些共生的藻類或者微小植物細胞在珊瑚組織里消失殆盡。”

倘若環境條件真能得到改善，藻類在珊瑚中重獲繁榮，一切便會轉危為安，所以，這是一種可逆的過渡狀態，但現實中，如果環境條件繼續惡化，珊瑚就會被活活餓死。

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福爾施特拉博士團隊對這一研究方向非常感興趣，他們用到了新的方法來幫助珊瑚應對逐漸升溫的海洋：用益生菌來療養珊瑚。

“普通消費者都知道，我們能在超市里買到含有益生菌的酸奶，某些細菌有益于我們的腸道健康。”福爾施特拉說道。

就和人類一樣，珊瑚也有微生物組：一群生活在珊瑚表面或者內部的微生物群落。先前的研究已經表明，為珊瑚供給一定劑量的益生菌以支持珊瑚的微生物菌群落，能夠幫助珊瑚在充滿挑戰的環境下生存下來，這一過程類似于人體攝入微生物組和益生菌。

“從復原能力強勁的珊瑚個體中提取出微生物，然后直接將它們移植或提供給同一珊瑚物種中復原能力較弱的個體。所以不是說放了一些原本沒有的東西進去，而是非常像人類的糞便移植。我們擁有健康供體，將這些健康細菌提供給健康有損的一方。”福爾施特拉解釋說。

在先前的研究中，這一做法已得到概念性證明，福爾施特拉團隊想進行更深入的調查，以求透徹理解。

為了展開實驗，他們用到了“圍隔實驗”（mesocosm）環境，一種介于無菌隔離實驗室和完全野生珊瑚礁環境之間的最佳實驗環境。具體來說，他們在水缸中飼養了多種類型的珊瑚以及一些其他小動物，這讓他們能夠控制實驗條件，同時獲得更接近現實世界的結果。而研究珊瑚的一大便利之處在于珊瑚是群體生物。福爾施特拉解釋道：“這表明它們由重復的構建模塊組成，取其中一小塊，便可以生成許多許多片段，這些片段都擁有完全相同的基因型和環境史。然后，你可以把它們放入不同環境條件中。”

一旦團隊獲得了自己的生物片段，他們就會用細菌混合物來進行處理，這些細菌由團隊精心分離、選擇出來，來自復原能力強的珊瑚。當然，還得有對照組，于是他們給其中一部分珊瑚提供了一些安慰劑鹽溶液。

“我們的實驗非常漫長，一共持續了75天以上。”福爾施特拉補充道。

他們的發現相當奇妙。隨著溫度的升高，所有珊瑚都表現出白化的跡象，但是接受了益生菌的珊瑚恢復得更快些，生存幾率也增加了40%。

福爾施特拉繼續說：“對的，作為珊瑚生物學家，或者說，作為生物學家，總而言之，如果你擁有了5%的效果，或者能用數字計算的可觀測到的東西，想必你會非常開心。這次的數字相當巨大，我的意思是，如果能將這一存活率翻一番，這個數字可以算是非常大了。

團隊還調查了添加這一益生菌混合物如何改變珊瑚的微生物組，又如何改變珊瑚本身。添加益生菌改變了珊瑚微生物組的組成。

“而且還引發了珊瑚宿主體內特定基因表達的改變。如果是為了增強恢復力，那你真會打賭就是這些基因了。”

所以具體來說，就是修復基因、免疫基因和應激反應基因。

“這也是這項研究留下的懸念，你實際上改變了宿主體內的一些東西，而我們不知道這些變化會留存多久，如果能夠長期保持，你將不再需要重復益生菌療法了，不是嗎？”福爾施特拉說道。

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那到時候將這個消息傳遞給現實世界時，一定會非常有意思。

“我想說，地球上有30萬平方千米的珊瑚礁，數十億的珊瑚。所以，如果你想要在水下撒上一點魔法靈藥，讓每一個珊瑚都能‘接種’到，那么結果可能無法控制。在這個星球上，沒有一種生物可以完全與世隔絕，獨自存活，我想我們現在對這一點的理解也越來越深刻了。”

翻譯：阿金

審校：王昱

引進來源：科學美國人

標簽： 環境條件 光合作用 生物學家 復原能力