科学家揭示珊瑚的高温驯化适应机制 让“适者生存”加速上演,为珊瑚提供应对气候变化路径******
科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径。尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
——江雷 中国科学院南海海洋研究所助理研究员
◎本报记者 何 亮
珊瑚作为一种海洋生物,因其缤纷的色彩、特殊的生存方式而受到人们的关注。珊瑚对生存环境的变化较为敏感、对生存环境的要求较为苛刻,气候变化影响下的水温升高会导致大量珊瑚白化死亡。
近日,生态学期刊《分子生态学》在线发表了由中国科学院南海海洋研究所黄晖团队领衔完成的论文,揭示了珊瑚应对气候变暖的驯化适应及其生理和分子机制。论文共同第一作者、中国科学院南海海洋研究所助理研究员江雷在接受科技日报记者采访时表示:“这项研究有助于我们正确认识珊瑚对海水升温的适应潜力,为人类保护珊瑚礁提供了正面、积极的启示。”
孵幼型珊瑚,礁体上的“拓荒者”
长期以来,珊瑚除了因为五彩斑斓的色彩而备受人们关注,关于它还有一个问题常常令人困惑——珊瑚究竟是动物,还是植物?
事实上,珊瑚是动物,是一种较低等的刺胞动物。珊瑚之所以色彩斑斓,是因为其体内生活着一种微小的藻类——虫黄藻。虫黄藻可以通过光合作用为珊瑚提供能量,保证珊瑚的生存。如果珊瑚失去虫黄藻,就会饿肚子,最终因没有能量来源而饿死。
珊瑚与虫黄藻复杂的共生关系,不仅关乎珊瑚的生存,也是科研人员研究的重点。此次研究中,黄晖研究团队主要研究的珊瑚种类是孵幼型鹿角杯形珊瑚。
“孵幼型鹿角杯形珊瑚比较特殊,是‘先锋物种’,这也是我们选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象的一个原因。当一个生态系统受到破坏或者干扰的时候,‘先锋物种’是最早出现的一类生物。‘先锋物种’就像‘拓荒者’一样,率先开启了生态演替和重塑生物群落的旅程。”江雷表示,“因为发育快,繁殖能力强等原因,一旦有新的合适生存环境出现,孵幼型鹿角杯形珊瑚的幼虫会最先长到礁体上开拓生存环境,并对礁体进行相应改造。之后才会有其他的生物相继进驻这一生存环境。”
选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象,另一个重要的原因是其对环境的适应类型。江雷介绍,在自然界,生物对环境的适应有两种不同类型:一种类型称作表型可塑性适应,即生物的生理过程是弹性可变的,生物通过调整机能适应环境变化;另一种类型称作进化适应(又称遗传适应),即生物在许多世代中由自然选择进行演化、筛选,最终完成对环境变化的适应。
“我们选择表型可塑性适应来进行研究,是因为对这种适应类型的研究时间周期较短,容易捕获研究结果,显现成果差异。”江雷表示。孵幼型鹿角杯形珊瑚的繁殖方式是体内受精,幼体在母体内发育,发育成为幼虫之后,再由母体排出体外。孵幼型鹿角杯形珊瑚排放出来的幼虫发育周期在1个月左右,是卵生型珊瑚的十分之一。
开展对比实验,揭示生理调节机制
在中科院南海海洋研究所的实验室里,一排排灯光格外显眼。光线照射下,颜色各异的珊瑚生活在人工营造的生态系统里。江雷等科研人员对孵幼型鹿角杯形珊瑚的驯化实验也正是在这里进行。
“在野外,珊瑚生存的正常水温是29摄氏度。我们通过温控系统,将珊瑚缸中的水温以每天约0.5摄氏度的速度进行提升。大约一个星期后,珊瑚缸中的水温会升至32摄氏度,并保持此温度。此次研究中的孵幼型鹿角杯形珊瑚幼虫,正是在上述高温环境中完成在母体珊瑚体内的发育和出生。”江雷说。
在长达1个月的研究中,科研人员观察到了很多现象。经过高温驯化后,孵幼型鹿角杯形珊瑚母体的代谢受到了不利影响,不仅光合作用降低,还发生了白化现象。可是,驯化组子代幼虫的表现却不一样,与对照组子代幼虫相比,经过高温驯化的子代幼虫能适应更高的水温,其最适生存温度有了明显提升,对高温的适应性得到了增强。江雷表示:“这说明,仅仅一个月的驯化就对子代幼虫的表型产生了较为明显的影响。”
仅凭一组数据,尚不足以得出定论。接下来,科研人员又进行了交叉移植实验。科研人员分别将经历了驯化组的幼虫和对照组的幼虫置于对照温度与高温环境。对比的结果与此前的结论较好地吻合,证明珊瑚母体的热驯化缓解了高温对子代幼虫的不利影响。
“上述现象背后,是珊瑚幼虫生理状态的调整。”江雷表示,在驯化之后,幼虫的虫黄藻的光合活性与光合速率得到了提高。幼虫的虫黄藻变得更强大,对高温的适应能力也更好。与此同时,幼虫的呼吸消耗降低了。这就意味着,幼虫能在获得更多营养物质的同时,支出更少的能量消耗。
“这一生理调节机制对珊瑚幼虫来说,可谓是大有裨益。”江雷表示,处于浮游阶段的幼虫,能量物质的补充全部依赖于虫黄藻的光合作用。如果生产得多且消耗得少,幼虫的能量储备就会更加充足,也会利于其生存。
此次研究中,科研人员还发现,驯化后的珊瑚幼虫中负责从虫黄藻转移脂类、糖类和氨基酸等营养物质的宿主转运蛋白基因表达也发生了显著上调,与此前发现的相关生理机制相符。
发挥科技力量,提供更多拯救路径
在气候变化影响导致水温升高、威胁珊瑚种群生存的当下,我们能否利用科技找到更多拯救珊瑚种群的路径?
“在气候变化越发明显的当下,每一次海洋热浪事件都相当于对珊瑚的一次驯化。”江雷表示,在未来,野外环境中的驯化事件及其引发的适应效应将会越来越多。
在我国,珊瑚修复工作正在如火如荼地展开。借助中国南海相对于其他珊瑚生活海域位置偏北的地理位置优势,我国科研人员在三亚、西沙等潮间带浅水区的极端生境中寻找能够存活下来的珊瑚,并将它们移植到实验室进行选育扩繁,最终把这些珊瑚再次回植到天然的生境中。
“此次研究的孵幼型鹿角杯形珊瑚,也来自生境恶劣的潮间带。”江雷表示,在海底种珊瑚与在陆地上植树造林有一定的相似之处,却比在陆地上植树造林辛苦得多。科研人员要背着数十斤重的装备在水底打桩固定,水下失重的环境也让工作难度大大提升。
此次研究的论文通讯作者、中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员黄晖介绍,截至目前,南海海洋研究所共建设了40亩苗圃,一年可产出约7万株珊瑚苗;还建设了300亩的修复区,扭转了实验依靠野外采苗的现状。目前,科研人员播种到海床的珊瑚苗均出自人工培育。
“尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。”江雷表示,科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径,而解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
世界向何处去?习近平答“时代四问”******
(近观中国)世界向何处去?习近平答“时代四问”
中新社北京6月23日电 (记者 梁晓辉)当前,世界百年变局和世纪疫情相互交织、全球发展遭遇严重挫折,国际形势处在更加复杂动荡的历史关口,“世界向何处去”成为时代之问。
“和平还是战争?发展还是衰退?开放还是封闭?合作还是对抗?”22日,中国国家主席习近平以视频方式出席金砖国家工商论坛开幕式并发表主旨演讲,明确解答“时代四问”。
——要和平不要战争。
和平,是中国的坚定选择。习近平曾多次强调,和平犹如空气和阳光,受益而不觉,失之则难存。面对当前的和平之忧,他再次重申,“我们要团结协作,共同维护世界和平稳定”。
世界并不太平,乌克兰危机硝烟又起、惨痛的事实让人愈加认识和平的可贵,也让世人看清:迷信实力地位,扩张军事联盟,以牺牲别国安全谋求自身安全,必然会陷入安全困境。
“霸权主义、集团政治、阵营对抗不会带来和平安全,只会导致战争冲突。”习近平在演讲中直指症结所在,呼吁面对动荡不安的世界,要不忘联合国宪章初心,牢记守护和平使命。
全球安全倡议,是中国推动世界廓清安全认知迷雾、捍卫和平的集中体现。习近平重申这一倡议“六个坚持”的核心要义,再次强调,国际社会要摒弃零和博弈,共同反对霸权主义和强权政治。
“当今世界,个别国家为追求自身绝对安全,热衷于拉帮结派,搞排他性‘小圈子’‘小集团’,严重威胁全球安全。”习近平外交思想研究中心特约研究员吴晓丹指出,而中国提出全球安全倡议,显示出自身是维护世界和平安宁的行动派。“在动荡不安的世界,中国始终是世界和平的‘压舱石’。”
——用发展应对衰退。
目前,全球发展进程遭受严重冲击,国际发展合作动能减弱,南北发展差距进一步扩大。面对“全球过去数十年减贫成果可能付诸东流”的衰退之忧,习近平指出,我们要守望相助,共同促进全球可持续发展。
“中国正将自己的成功经验分享至全球,那就是用‘发展’解决问题。”中国现代国际关系研究院研究员陈凤英说。
发展是解决一切问题的总钥匙。正是因为对发展持之以恒的追求,中国跃居世界第二大经济体,中国人民得以过上幸福生活,这也被视为中国成功的重要“密码”。
“我们要坚持以人民之心为心、以天下之利为利,推动全球发展迈向新时代,造福各国人民。”围绕落实联合国2030年可持续发展议程,习近平在演讲中以全球发展倡议给出应对衰退的“中国方案”,从减贫、卫生、教育、数字互联互通、工业化等领域合作,到粮食、能源、抗疫合作,最终落脚于世界各国人民的幸福。
陈凤英认为,今天,中国正通过全球发展倡议,向世界分享解决问题的思路。“以人民为中心”发展起来的中国,也正用这一发展的经验回馈世界,推动发展问题回归国际核心议程。
——促开放而非封闭。
一段时间以来,经济全球化遭遇“逆风逆流”。一些国家想实行“脱钩断链”,构筑“小院高墙”,封闭之忧引发国际社会普遍关切。
对此,习近平在演讲中明确回应,“我们要包容并蓄,共同扩大开放融合。”他并从正反两方面进行阐释:一个更加开放包容的世界,能给各国带来更广阔的发展空间,给人类带来更繁荣的未来;开历史倒车,企图堵别人的路,最终只会堵死自己的路。
在中央财经大学国际经济与贸易学院副院长李瑞琴看来,这一表述既是世界经济发展史的真实写照,也来自于中国经济发展的自身经验。世界经济的繁荣发展,包括东亚经济的崛起,都得益于经济开放政策。
也因此,即便在新冠疫情影响、全球需求收缩的情况下,中国依然持之以恒扩大开放。数据显示,2021年1月至11月,中国实际使用外资金额10422亿元人民币,同比增长15.9%。
“泰山不让土壤,故能成其大;河海不择细流,故能就其深。”演讲中,习近平引用秦朝李斯《谏逐客书》的话强调“包容普惠、互利共赢才是人间正道”,并再次释出中国扩大开放的决心:中国将继续提高对外开放水平,热忱欢迎大家在中国投资兴业。
——要合作不要对抗。
一段时间以来,国际政治经济格局中,“对抗”的色彩浓厚。一些重要产业链供应链遭到人为干扰,国际金融市场持续动荡。与此同时,由乌克兰危机引发的制裁及反制裁措施,恶果远远超出涉事国地域范围。国际货币基金组织总裁格奥尔基耶娃日前撰文表示,极限制裁将导致全球供应链中断,拖累经济增长,让过去多年来的经济发展成果付诸东流。
今年4月,习近平曾在博鳌亚洲论坛以“机器与零件”作比喻,批驳某些恶劣行径。此次,习近平再次表明合作而不要对抗的态度:我们要同舟共济,共同实现合作共赢。他更将制裁是比作是“回旋镖”“双刃剑”:终将损人害己,使世界人民遭殃。
中国国际问题研究院美国研究所副所长苏晓晖表示,经济全球化让各国利益紧密相连,一味使用制裁代价将是巨大的,每一个人都会受到影响。在此背景下,习近平所提要合作不要对抗的现实意义更加凸显,也体现出勇答时代之问的历史担当。
历史的脚步不会停滞,国际形势风云变幻,也会不断带来新的“时代之问”。我们要建设一个怎么样的世界?如何建设这个世界?如何做到不畏浮云遮望眼,不为一时一事所惑,不为风险所惧?观察认为,习近平解答“时代四问”也将给世界思索新的“时代之问”带来启迪。(完)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)