珊瑚礁保护新发现：3.3亿年前的秘密
珊瑚礁保护新发现：3.3亿年前的秘密
珊瑚礁被誉为“海洋中的热带雨林”，是地球上最复杂、最丰富的生态系统之一。然而，近年来由于气候变化和人类活动的影响，珊瑚礁面临严重退化。最新研究表明，科学家们从3.3亿年前的造礁珊瑚身上找到了保护现代珊瑚礁的新方法。
3.3亿年前的珊瑚礁：应对环境变化的启示
珊瑚礁由能合成碳酸钙（CaCO3）骨架的动物所建：造礁石珊瑚。随着漫长的地质演进，珊瑚已成为由活体生物建造的最大固体结构。目前最大的珊瑚礁结构是大堡礁，长度2600km，总面积约34.4万km²。
法国拥有世界上近10%的珊瑚礁，包括长达1600km的新喀里多尼亚珊瑚礁。珊瑚礁主要分布在北纬30°和南纬30°之间，周围赤道带的热带和亚热带地区（图1）。大多数珊瑚礁深度在0到30m深，但在世界上一些地区，如红海，因光线穿透力强，珊瑚礁深度可达100m以上。
珊瑚礁约占海床的0.16%（约60万km²）和海岸底部的10.8%。尽管珊瑚礁生态系统面积小，但却是主要生态保护区，目前已知约30%的海洋生物多样性都存在其间[1]，包括1/4已明确的鱼类[2]。珊瑚礁被称为最丰富的海洋生态系统，经常和陆地上的热带森林比较。
除生态上的重要性，珊瑚礁还为人类提供重要的生态系统服务。它们位于100多个国家的海岸边缘，对其人民的作用至关重要。它们极高的生物多样性促进了这些国家的经济发展，如渔业活动、旅游业和提供建筑材料。它们也在保护海岸免受侵蚀和风暴、飓风的侵袭，且贡献颇多[3]。总计有5亿多人的生命与珊瑚礁提供的服务直接相关。珊瑚礁提供的净利润（包括渔业、海岸保护和生物多样性）从每年300亿美元[3]到每年3750亿美元[4]不等。
珊瑚礁的功能，珊瑚的重要作用
图2.珊瑚，珊瑚礁的保护和营养来源。
鹿角珊瑚Acropora sp.，鱼类避难所(A),捕食珊瑚的鹦鹉鱼（鹦嘴鱼科Scaridae）(B)，鹦鹉鱼在滨珊瑚Porites sp.上留下的痕迹(C)，鹿角珊瑚Acropora sp.群体的黏液排泄(D)。照片：A、B、C©乔尔.库蒂亚尔（J. Courtial）；D© A.迪亚斯莫塔（A. Dias Mota）
珊瑚生态系统围绕珊瑚矿物框架形成生态位，为许多生物提供栖息地。栖息地的物理结构取决于珊瑚钙质骨架，对相关生物多样性和生态系统功能有着深远影响。它越复杂，就越有利于物种的共存和分化，抵御捕食者（图2A）和天气干扰，以及促进幼鱼的繁殖和发育。因此，鱼类和珊瑚礁无脊椎动物的丰富度、密度和生物量与珊瑚形成的建筑复杂性直接相关。
除作为骨架外，珊瑚也是珊瑚礁的营养来源。事实上，许多鱼类以珊瑚为食，因此被称为食珊瑚动物（图2B,C）。例如，一些雀鲷、虾虎鱼、蝴蝶鱼或鹦嘴鱼。
此外，珊瑚分泌的黏液是珊瑚礁中有机物的主要来源。这些黏液主要由碳水化合物和蛋白质组成，分散在水体中，供其他珊瑚礁生物使用（图2D）。珊瑚分泌的有机物对珊瑚礁的功能至关重要，因其促进底栖生产（在海洋底栖区生产，或在公海浮游区生产）、参与珊瑚礁[5]寡营养水体[6]中必需元素（氮、磷…）的再循环。
造礁珊瑚
图3.不同尺度的珊瑚。
萼柱珊瑚Stylophora pistillata的群体(A)，萼柱珊瑚的珊瑚虫(B)，萼柱珊瑚的珊瑚虫富含虫黄藻的触手(C)。珊瑚虫(D)和含有共生菌Symbiodinium的口腔组织(E)示意图。在珊瑚虫(D)内，口延伸至食管(造口管），开口进入腔肠（腔肠体）。珊瑚虫由两个组织分隔：与海水直接接触的口腔组织和与菌落骨架接触的口腔组织。两个组织中的每一个都由两个细胞层组成，即组织外表面的表皮和组织内表面的胃粘膜。它们由一个称为中胶层(E)的非细胞层分离。构成珊瑚虫和腔肠体的一组细胞层延伸到菌落中，形成一个将珊瑚虫连接在一起的组织，称为共肉组织。[图片来源：A，B-照片©E.坦布特(E.Tambutte)，D-改编自坦布特(Tambutte)等人，2007年，Coral Reefs 26，517-529，E-改编自冯尼福斯(Kvennefors)等人，2010年，Dev. Immunol.Comp.34，1219-1229]。
造礁珊瑚或石珊瑚目（Scleractinian）的珊瑚属于刺胞动物门，也包括水母、海葵或柳珊瑚。其最古老的化石出现于前寒武纪，可追溯至7亿年前。“现代”珊瑚礁出现在大约2亿年前的三叠纪时期，可能是珊瑚和一种单细胞藻类（通常称为虫黄藻）间互惠关系（共生）发展的结果。（参阅共生和寄生）
珊瑚一般为群居动物，即它们通过一群叫做珊瑚虫的个体中进行群体生活（图3A,B），这些珊瑚虫通过一个共同腔体（称为消化腔或肠腔）和一个共同的神经网络相互连接。后者提供感觉和运动功能，如在压力下控制息肉开放或收缩。每个珊瑚虫都有称为“口”的单孔，具备进食和排泄功能。口部周围环绕着由6根触须组成的冠状触手（因此得名六放珊瑚亚纲），既可用于捕食，又可用于防御。关于珊瑚解剖的更多细节，请参考图3。
首次描述这些藻类时，人们认为与珊瑚共生的藻，即虫黄藻，都属于同一物种——浮游鞭毛藻（Symbiodinium microadriaticum）。分子分析技术的发展证明，它们有可能构成了一个属——共生藻属（Symbiodinium），其中包含一个大的种或亚种的复合体，而这些种或亚种在分类学上尚未得到解决。[7]
珊瑚（宿主）和虫黄藻的共生关系互惠互利，双方都从这种关系中受益（下文详述）。实际上，虫黄藻是整合到宿主细胞中（见图3E），这被称为细胞内共生。每个珊瑚平均每平方厘米的组织表面积含100万个虫黄藻。这一密度实属惊人，也是珊瑚颜色的主要成因。
2.1.1共生的好处
虫黄藻对珊瑚的作用主要是提供营养。事实上，虫黄藻的光合作用为珊瑚提供了多种碳水化合物（以碳水化合物、氨基酸和脂质的形式）。大多数光合作用产物（75%-95%）被转移到宿主体内，宿主利用这些产物进行呼吸和新陈代谢。
中国科学家的突破：人工繁育与生态修复
在中国科学院南海海洋研究所，一支由多个研究团队组成的珊瑚礁生态修复研究集体，正在为保护和修复珊瑚礁生态系统而努力。这支研究集体包括珊瑚生物学与珊瑚礁生态学团队、海洋动物遗传学与分子生物学团队、海洋生物多样性与进化生态学团队等多个专业团队。
黄晖团队成员袁涛清理珊瑚上的长棘海星。南海海洋所供图
作为团队的领军人物，黄晖研究员被誉为“珊瑚妈妈”。她带领团队在海南岛沿岸珊瑚礁修复区移植了5.8万株珊瑚，修复面积达5公顷。经过5年的持续修复，珊瑚数量得到较大增加，珊瑚个体也生长到40至60厘米。
黄晖团队不仅在珊瑚礁生态修复技术上取得了重要突破，还构建了南海珊瑚礁修复型海洋牧场。他们通过人工繁育和移植珊瑚，成功种植了10万平方米的珊瑚，为恢复珊瑚礁生态系统作出了突出贡献。
同时，研究集体中的喻子牛团队专注于砗磲的人工繁育和增殖放流工作。砗磲是珊瑚礁生态系统中的重要生物，能占到健康珊瑚礁系统生物量的60%。8年来，该团队已在南海“种”下数十万枚砗磲幼贝，为这片“热带雨林”重新注入生机。
未来展望：守护地球的“蓝色心脏”
珊瑚礁以0.25%的海洋面积养育了至少25%的海洋生物物种，是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一。然而，全球气候变化和人类活动的双重压力，使得珊瑚礁面临着前所未有的威胁。科学家预测，到2050年，世界上超过90%的珊瑚礁将遭受重大白化事件的影响。
面对这一严峻形势，中国科学家们正以实际行动守护着这片“蓝色心脏”。他们不仅在科学研究上取得了重要突破，更为全球珊瑚礁保护事业提供了宝贵的经验和解决方案。正如黄晖所说：“守望‘珊瑚海’，不仅是对珊瑚礁生态修复工作的形象描述，更是对南海海洋所研究集体精神的深刻诠释。”
让我们一起关注和保护珊瑚礁这一重要生态系统，为地球的生态平衡贡献一份力量。