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

(資料圖)

“在營(yíng)養(yǎng)匱乏的海洋中，為什么會(huì)存在這般生機(jī)盎然、欣欣向榮的生命呢？”

德國(guó)康斯坦茨大學(xué)（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(guān)系。珊瑚基本上都是固著生物或者說動(dòng)物，所以一旦選定了某地，它們就留在那里，不再移動(dòng)。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(chǎn)生糖分，絕大部分都會(huì)輸送給珊瑚。”

然而，全球各地的這些小動(dòng)物正陷入巨大的生存危機(jī)。根據(jù)全球珊瑚礁監(jiān)測(cè)網(wǎng)（Global Coral Reef Monitoring Network）2021年10月發(fā)布的報(bào)告，過去十年內(nèi)，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(dǎo)火索是珊瑚生存環(huán)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(huì)發(fā)白。所謂的白化就是這些共生的藻類或者微小植物細(xì)胞在珊瑚組織里消失殆盡。”

倘若環(huán)境條件真能得到改善，藻類在珊瑚中重獲繁榮，一切便會(huì)轉(zhuǎn)危為安，所以，這是一種可逆的過渡狀態(tài)，但現(xiàn)實(shí)中，如果環(huán)境條件繼續(xù)惡化，珊瑚就會(huì)被活活餓死。

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福爾施特拉博士團(tuán)隊(duì)對(duì)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(yīng)對(duì)逐漸升溫的海洋：用益生菌來療養(yǎng)珊瑚。

“普通消費(fèi)者都知道，我們能在超市里買到含有益生菌的酸奶，某些細(xì)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(nèi)部的微生物群落。先前的研究已經(jīng)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(zhàn)的環(huán)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(fù)原能力強(qiáng)勁的珊瑚個(gè)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(fù)原能力較弱的個(gè)體。所以不是說放了一些原本沒有的東西進(jìn)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(xì)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(tuán)隊(duì)想進(jìn)行更深入的調(diào)查，以求透徹理解。

為了展開實(shí)驗(yàn)，他們用到了“圍隔實(shí)驗(yàn)”（mesocosm）環(huán)境，一種介于無菌隔離實(shí)驗(yàn)室和完全野生珊瑚礁環(huán)境之間的最佳實(shí)驗(yàn)環(huán)境。具體來說，他們?cè)谒字酗曫B(yǎng)了多種類型的珊瑚以及一些其他小動(dòng)物，這讓他們能夠控制實(shí)驗(yàn)條件，同時(shí)獲得更接近現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)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(fù)的構(gòu)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(huán)境史。然后，你可以把它們放入不同環(huán)境條件中。”

一旦團(tuán)隊(duì)獲得了自己的生物片段，他們就會(huì)用細(xì)菌混合物來進(jìn)行處理，這些細(xì)菌由團(tuán)隊(duì)精心分離、選擇出來，來自復(fù)原能力強(qiáng)的珊瑚。當(dāng)然，還得有對(duì)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(shí)驗(yàn)非常漫長(zhǎng)，一共持續(xù)了75天以上。”福爾施特拉補(bǔ)充道。

他們的發(fā)現(xiàn)相當(dāng)奇妙。隨著溫度的升高，所有珊瑚都表現(xiàn)出白化的跡象，但是接受了益生菌的珊瑚恢復(fù)得更快些，生存幾率也增加了40%。

福爾施特拉繼續(xù)說：“對(duì)的，作為珊瑚生物學(xué)家，或者說，作為生物學(xué)家，總而言之，如果你擁有了5%的效果，或者能用數(shù)字計(jì)算的可觀測(cè)到的東西，想必你會(huì)非常開心。這次的數(shù)字相當(dāng)巨大，我的意思是，如果能將這一存活率翻一番，這個(gè)數(shù)字可以算是非常大了。

團(tuán)隊(duì)還調(diào)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(fā)了珊瑚宿主體內(nèi)特定基因表達(dá)的改變。如果是為了增強(qiáng)恢復(fù)力，那你真會(huì)打賭就是這些基因了。”

所以具體來說，就是修復(fù)基因、免疫基因和應(yīng)激反應(yīng)基因。

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

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那到時(shí)候?qū)⑦@個(gè)消息傳遞給現(xiàn)實(shí)世界時(shí)，一定會(huì)非常有意思。

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

翻譯：阿金

審校：王昱

引進(jìn)來源：科學(xué)美國(guó)人

標(biāo)簽： 環(huán)境條件 光合作用 生物學(xué)家 復(fù)原能力