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如今，全球的熱帶珊瑚礁正面臨著嚴重的衰退。根據(jù)預測，到2100年，全球珊瑚覆蓋率可能會下降40%。在加勒比海，鹿角珊瑚（Acropora palmata）自上世紀50年代以來減少了80%以上，這種珊瑚已經(jīng)被列為瀕危物種。鹿角珊瑚曾是加勒比珊瑚礁的重要組成部分，它的復雜枝狀形態(tài)為許多海洋物種提供了棲息地和結(jié)構(gòu)支撐。然而，隨著鹿角珊瑚數(shù)量的減少，珊瑚礁的生態(tài)結(jié)構(gòu)也受到了很大影響，導致一些其他物種如海綿和大型藻類取而代之?！昂３碧煜隆保∕arine Biodiversity）小編注意到，為了應(yīng)對珊瑚的衰退，科學家們在用珊瑚修復項目嘗試恢復珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)。其中，珊瑚移植是一項常見的修復方法。邁阿密大學海洋、大氣與地球科學羅斯特爾學院與美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）合作研究所的科學家團隊進行了一個研究，發(fā)表在《自然·地球與環(huán)境》期刊上，他們的研究重點是如何提高鹿角珊瑚的修復成功率，并揭示了棲息地、珊瑚基因和微生物群落之間的復雜關(guān)系。鹿角珊瑚是佛羅里達州和加勒比海地區(qū)的關(guān)鍵珊瑚物種，它們不僅為珊瑚礁提供了結(jié)構(gòu)支撐，還為許多海洋生物提供了棲息地。遺憾的是，鹿角珊瑚的數(shù)量近年來急劇下降，尤其是由于氣候變化帶來的海洋熱浪。2023年，佛羅里達的海洋熱浪就讓珊瑚礁中的75%的恢復性鹿角珊瑚種群消失了。這一變化對整個生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠影響，也意味著一些非建礁物種，如海綿和大型藻類，開始取代珊瑚。

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柵列鹿角珊瑚（Acropora palifera)的標本。這是鹿角珊瑚科鹿角珊瑚屬的一種動物。由Lamarck在1816年為其命名。?Linda Wong攝于國家動物博物館 | 海潮天下

研究地點位于美國佛羅里達州上佛羅里達群島。圖a：一張展示南佛羅里達地圖的圖，其中三個采樣的珊瑚礁（Carysfort Reef [CF]、North Dry Rocks [NDR] 和 Pickles Reef [PR]）用白色圓圈標出。地圖顯示了2003至2023年間海表溫度（SST）的變化情況。白色的水深等高線分別代表5米、30米、100米和200米等深線。圖b：一張代表性的照片，展示了單一基因型的鹿角珊瑚（Acropora palmata），該基因型的一簇珊瑚上標有編號或字母，以便在整個研究過程中識別相同的珊瑚群體。簇群旁邊的標尺為厘米單位。圖c：采樣方案示意圖。時間軸表示四個采樣時間點，采樣日期按季節(jié)分色：2月至3月以及11月為較涼爽的旱季（深藍色文字），6月至7月以及9月為較溫暖的雨季（紅色文字）。藍色矩形表示從鳥瞰視角看出的移植樣帶。圓圈代表樣帶內(nèi)的單個簇群。用藍色標記的簇群代表已移植但未在本研究中分析的基因型，可能代表不同的基因型。藍色標簽代表為重復采樣而選擇的三個珊瑚片段，白色標簽則標示了簇群內(nèi)未被采樣的珊瑚片段。標記中的“n?=”表示僅使用經(jīng)質(zhì)量控制后的組織樣本進行微生物組分析。圖源：Rosales, Stephanie M., et al.

為了獲得這些結(jié)論，研究團隊在2019年對佛羅里達上部群島的三個珊瑚礁進行了詳細調(diào)查，記錄了不同基因型的珊瑚在各種環(huán)境條件下的生存情況?？茖W家們分析了這些數(shù)據(jù)，揭示了環(huán)境和微生物如何影響珊瑚的恢復。

【研究方法】這項研究中，選取了佛羅里達群島三個珊瑚修復的站點，分別是Carysfort礁、North Dry Rocks礁和Pickles礁，這些地點距離較遠，能夠覆蓋不同的生態(tài)環(huán)境。該研究團隊從2018年起，選擇了四種不同的Acropora palmata珊瑚基因型進行移植，追蹤這些基因型在不同環(huán)境中的生存情況。特別的是，研究團隊為每個珊瑚碎片配備了一個獨特的標識符，并且使用了耳標（cow-tag）進行標記，確保了后期能精準跟蹤每一個珊瑚碎片。在研究過程中，團隊不僅定期測量每個珊瑚基因型的存活率，還詳細記錄了周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)，包括海面溫度、葉綠素濃度和水中的營養(yǎng)物質(zhì)。為了避免潮汐波動對數(shù)據(jù)的影響，他們使用潛水計算機在固定時間內(nèi)獲取深度數(shù)據(jù)，這樣做確保了數(shù)據(jù)的準確性。此外，研究還結(jié)合了衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)，進一步分析了珊瑚生長與環(huán)境條件之間的關(guān)系。另一個亮點是這項研究特別重視微生物群落的分析。研究團隊從珊瑚樣本中提取DNA，并進行高通量測序，揭示了不同珊瑚基因型與微生物群落之間的聯(lián)系。這樣的分析可以幫助我們更好地理解，微生物群落如何在珊瑚健康中發(fā)揮作用，進而指導珊瑚修復的策略。他們用這種跨學科的方法探討了珊瑚的生存問題，還解讀了關(guān)于微生物多樣性的關(guān)系。研究團隊使用了多種統(tǒng)計方法，如Cox比例風險模型、主成分分析（PCA）等，對數(shù)據(jù)進行全面分析。這些方法幫助研究人員深入挖掘珊瑚存活與環(huán)境因素、微生物群落之間的復雜關(guān)系，以便能得出更加可靠的結(jié)論。

那么，如何幫助這些珊瑚重新恢復生機呢？研究人員通過這項研究發(fā)現(xiàn)，鹿角珊瑚的種植應(yīng)該優(yōu)先選擇淺水區(qū)，這些地方的水流較快、營養(yǎng)較少，更有利于促進珊瑚周圍微生物群落的健康發(fā)展。簡而言之，選擇正確的環(huán)境對珊瑚的生長至關(guān)重要。除了環(huán)境的選擇，研究還指出，珊瑚棲息地的細微差異也會影響它們的生存率。比如，水流較快和水深較淺的地方，鹿角珊瑚的生存率通常更高。同時，某些特定的細菌與珊瑚的健康密切相關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)，過高的硝酸鹽、亞硝酸鹽和水溫，特別是在夏季，會對珊瑚的微生物群落產(chǎn)生負面影響，進而威脅珊瑚的生長。

該研究的首席作者Stephanie Rosales表示：“理解珊瑚基因和周圍環(huán)境如何共同作用，能幫助我們在全球范圍內(nèi)更好地保護珊瑚?！?/p>

珊瑚礁是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，它們?yōu)榇蠹s25%的海洋物種提供棲息地，并且在保護海岸、促進漁業(yè)和推動旅游經(jīng)濟方面發(fā)揮著巨大作用。但是，由于氣候變化、海洋酸化、污染等多重因素，珊瑚礁正面臨著嚴峻的威脅?；謴吐菇巧汉鞯任锓N，有助于緩解這些壓力，保護這些珍貴的生態(tài)系統(tǒng)。

圖源：Rosales, Stephanie M., et al.

Rosales還指出：“地方政府、環(huán)保組織和沿海管理者可以根據(jù)這項研究的成果，決定在恢復項目中應(yīng)該關(guān)注哪些區(qū)域，并采取更有針對性的保護措施?！彼a充道，盡管這項研究是在佛羅里達群島沒有發(fā)生大規(guī)模白化的年份進行的，但如何在極端溫度壓力下，細菌與環(huán)境因素（如水流和水深）之間的相互作用對珊瑚的生存產(chǎn)生影響，仍是未來研究的一個重要課題。

在美國的佛羅里達群島國家海洋保護區(qū)，一株已白化的珊瑚礁上的大旋鰓蟲（Spirobranchus giganteus）。攝于佛羅里達礁島群基拉戈礁的法國礁。攝影：Matt Kieffer（2014）（CC BY-SA 2.0）

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感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看全文：

Stephanie M. Rosales, Benjamin D. Young, Allan J. Bright, Enrique Montes, Jia-Zhong Zhang, Nikki Traylor-Knowles, Dana E. Williams. Reef site and habitat influence effectiveness of Acropora palmata restoration and its microbiome in the Florida Keys. Communications Earth & Environment, 2024; 5 (1) DOI: 10.1038/s43247-024-01816-7

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資訊源 | ScienceDaily, communications earth & environment文 | 王海詩

編輯 | 海潮君

【參考資料】

https://dx.doi.org/10.1038/s43247-024-01816-7University of Miami Rosenstiel School of Marine, Atmospheric, and Earth Science. "Study highlights key factors for successful restoration of elkhorn coral colonies." ScienceDaily. ScienceDaily, 10 January 2025.www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250110122037.htm