拯救珊瑚新思路：让演化跑赢气候变暖

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（莘莘深/编译）鲁斯?盖茨（Ruth Gates）已不是第一次看到这样的场面。上世纪八十年代末,在调查加勒比地区的珊瑚时，她注意到很多珊瑚明显都很憔悴，颜色黯淡无光,有些还褪成了骷髅般的惨白色。
触发这一切的，总是海洋温度的骤然上升。有些珊瑚对此的回应是驱逐了生活在珊瑚组织中通常为它们提供颜色和养料的藻类。这一过程被形象地称为珊瑚白化。
但激起盖茨好奇心的并不是那些白化的珊瑚。就在这些死气沉沉的白色群落旁边，却还往往生长着另一些依旧多彩、明丽、健康的珊瑚。这才是盖茨关注的对象。相隔不过几厘米，两丛珊瑚对温度上升的反应为何会如此截然不同呢？
这其中的巨大不同最终促使盖茨和她的老搭档，来自澳大利亚海洋科学研究所的玛德琳?凡?欧朋（Madeleine van Oppen），提出了一个大胆而又富有争议的拯救珊瑚计划。
" Z0 Y2 A  A3 X5 @/ M  ^3 M她们想帮助珊瑚应对迅猛的气候变化，而办法是：人工加速珊瑚演化。
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拯救珊瑚新思路：让演化跑赢气候变暖

印尼极乐鸟湾的白化珊瑚。图片来源：Reinhard Dirscherl/Alamy Stock Photo
7 @' W2 X9 H3 g0 H如果她们成功了，受益的将不仅仅是珊瑚。珊瑚为全部海洋生物的三分之一提供了物理和生态支持。这使得它们成为了生态学家所说的“关键种”。它们健康与否，关乎无数其他物种。
- j, @; X+ \# L+ a这其中也包括人类。四分之一的渔业与珊瑚礁密切相关，那里是鱼儿们繁衍生息的所在。举例来说，在太平洋岛屿地区，人类膳食中70%的动物蛋白质来源于珊瑚礁。它们还保护着沿海的人类社区免受海啸和海平面上升的侵害。
% a  E. ]* `4 [9 _2 x" I5 C$ Q简言之，我们需要珊瑚。这也是为什么我们或许还真需要盖茨和凡?欧朋的计划成功。
全世界范围内，珊瑚正在死去。自上世纪50年代起，据估计有19%的珊瑚已经消失了——就这么没了。现在，将近三分之一的造礁珊瑚物种面临灭绝的威胁。
原因么，造成毁灭性破坏、将富饶的生态系统夷为水下不毛之地的炸药捕鱼和拖网捕鱼自然有份。然而，罪魁祸首还是我们这个迅速变化的世界。
9 z6 E6 g% p( u! G8 @在陆地上燃烧化石燃料向大气注入了温室气体二氧化碳。据一些估计，海洋不仅吸收了其中超过90%的热量，还吸收了26%的二氧化碳——它与海水反应，生成了一种弱酸。这对于海洋生物而言无异于二连击，而许多珊瑚的抵御能力实在还不够强。
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拯救珊瑚新思路：让演化跑赢气候变暖

温室气体正在酸化海洋。图片来源：Artur Marciniec/Alamy Stock Photo
/ F' m0 l  ^0 d8 A8 o. I! R但有些珊瑚或许比其它珊瑚更强大。虽然是固定在海床上的固着动物，但珊瑚并不离群索居——恰恰相反。
白化正在加速珊瑚组织之中及其周边是微生物的乐园。这其中包括在珊瑚组织中茁壮生长的藻类，它们为寄主提供了食物，以作为安乐窝的回报，另外还有丰富多样的细菌包裹在外。
3 j0 d+ U- R6 }" S3 p然而，所有这些合作关系并不都一样。与不同种类的珊瑚息息相关的是无数种藻类和细菌的变化组合，各自为它们的寄主提供了不同的好处。盖茨和凡?欧朋想知道，她们是否能找到最有利的联系，帮助那些饱受折磨的珊瑚礁，在其中培养能坚持下来的珊瑚品种。“我们把生态系统逼到了极限，”盖茨说，“现在，我们不得不使用激进的干预方式。”
/ w( a$ t, ^% ~, s- ?来自史密森尼研究所，在夏威夷研究珊瑚的玛丽?哈奇多恩（Mary Hagedorn）认为这是个好办法。“我只是希望她们十年前就开始做了。到了现在，情况就像是指缝间的流沙。”
珊瑚白化并不是最近才出现的现象。在过去数百万年间，这些浅海居民时不时就需要应对海洋变暖带来的压力，每次都喷出一点藻类，就好像患上了流感打喷嚏一样。
1 t; v; M" }# ~: @3 {问题不在于白化发生了，而是白化正在以前所未有的速度出现。比如，在1980年之前，白化相对而言并不为人所知。每隔几十年，珊瑚会变得憔悴，褪成苍白色，但随后很快重获自己的藻类、色彩和健康。在1980到1998年间，有记录的局部白化现象有370次。
但在1998年，出现了第一次全球性的白化现象。有15%的珊瑚死亡。在1998年到2010年间，有超过3700次的局部白化现象。
“它们消失的速度增长了十倍，” 哈奇多恩说到，“而且我们排放二氧化碳的速率也没有减慢。如果消失速度有变化的话，也只会是继续上升。”
去年，南太平洋的厄尔尼诺现象造成了全球性的白化现象，97%的珊瑚都受到了不同程度的影响。如果藻类不回到珊瑚身上，珊瑚就会挨饿至死。
5 \5 _  s  `$ G但是，它们并非完全无药可救。“我们低估了珊瑚的灵活性。”盖茨说。如果有足够的时间，珊瑚就可以适应压力重重的环境。比如， 萨摩亚群岛沿海地带的桌形轴孔珊瑚（Acropora hyacinthus）生活的水域每天温差可达6摄氏度，它们比来自环境稳定地区的珊瑚更抗压——可以更长久地保住自己的藻类。

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所罗门群岛的桌形轴孔珊瑚。图片来源：coral.aims.gov.au
为什么会有这样的不同？这源于它们的DNA。
超级珊瑚，由谁打造？即使携带着相同的基因，物种也可以改变激发/关闭的基因，并维持相应的时长。 通过这样的分子开关，生物体可以在其一生中适应变化的环境，而不需要改变自己的基因编码，这被称为表观遗传。比如，对萨摩亚珊瑚来说，在人们研究过的16728种基因中，其中74种的活性在温度上升时会显著改变。
尽管很多基因的功能尚是未知数，但某些基因产生了所谓了“热激蛋白”，这些蛋白质可以稳定关键的化学过程，与其它因应激而变形的蛋白质结合，将它们扳回工作状态。“它们就像是蛋白质界的按摩师，” 斯坦福大学的史蒂夫?帕卢比（Steve Palumbi）说。
/ z6 X6 I; C/ `1 h, ]. N4 K% c4 R在她们的实验室里，盖茨和凡?欧朋正在提高从夏威夷椰树岛或者大堡礁采集来的珊瑚的温度，试图找到拥有有益表观特征的品种。但光是找到更坚韧的珊瑚还不够，表观变化能从亲代遗传到子代，并且能在子代的一生中保持稳定，这才是至关重要的。这一点虽然已经在植物和无脊椎动物中得到了证实，但尚未在珊瑚中发现。这正是盖茨和凡?欧朋想要改变的。在地球两端，她们分别将“怀孕”的珊瑚放置在模拟气候变暖的水族箱中，然后评估表观遗传特征是否被传给了下一代。
如果可以，那么这些代代相传的分子就可以促成“超级珊瑚”的诞生，比起自然中的珊瑚，它们面对气候变化时更加强悍。
% D( d3 u" k, l目前，这个方法能否成功还没有定论。但是，即使表观遗传仅局限于个体的一生，也有其他方法来拯救珊瑚。

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珊瑚和与之共生的藻类。图片来源：nceas.ucsb.edu
有些与珊瑚共生的藻类可以提供更多的食物。有些更擅长促进年轻珊瑚的成长。而一些特定的藻类则格外坚强，它们在寄主承受压力时仍然会留在珊瑚组织中。
这打开了拯救珊瑚的新大门。“如果我们选择这些应对压力时极其顽强的藻类，那会怎么样？”盖茨问道。比如，一组被称为D亲缘型共生藻的藻类就包括了最抗压的几种。
' H1 e  a( \' J  z( i7 |一个问题是：珊瑚往往并不喜欢D亲缘型共生藻。即使D亲缘型共生藻能产生更稳定的共生关系，带来长期收益，但是珊瑚仍然更喜欢C亲缘型共生藻，因为C亲缘型共生藻是更好的食物工厂。珊瑚目光短浅；眼前更多的食物要好过更长寿的可能性。
凡?欧朋致力于让珊瑚两样兼得：让最棒的食物工厂更耐压。前提很简单：将C亲缘型共生藻置于高温酸性环境中，然后只培养存活下来或者茁壮成长的个体。通过不断重复这个过程——培养胜利者，滤掉失败者——藻类中任何带来抗压性状的突变都可以遗传下去，并且稳定下来。
这就是典型的人工选择，一个已经被我们使用了上千年的手段。这种方法着实高效，可以把让人倒胃口的杂草变成目前已知最有价值的粮食作物，也可以把凶猛的狼变成汪汪叫的西高地?和萌萌的拉布拉多。
1 [# A$ _4 U9 S' H' r  D% L' {- f但人工选择能将C亲缘型共生藻变成珊瑚的长期搭档吗？现阶段的结果很乐观。“我们的初步结果表明，这是个非常好的办法。” 凡?欧朋说，“我们不知道这些变化是基因层面的还是表观遗传层面的，但重要的是这些性状是稳定的。”
这些都是发生在珊瑚内部的事情。但是，除了藻类居民，珊瑚表面还覆盖着一层满是细菌的黏液。“珊瑚就像是翻过来的人类消化道。”盖茨说，“这些微生物既可以为你服务，也可以取你性命。”
$ T6 M7 u- n' M! P. q2 V8 _通过给珊瑚幼虫接种不同的细菌菌落，盖茨和凡?欧朋希望能找出哪些群落最适合升高的温度和酸度。该如何帮助四千多种生理习性和青睐的微生物居民各不相同的硬珊瑚呢？
尽管珊瑚高度多样化，但是它们可以被分为5或者6个组别，又称为生态型，每个生态型都有相似的生物特征。有的生态型生长迅速。另一些可能需要几十年才能在珊瑚礁上安顿下来。有的会形成纤巧的分叉，向光源伸展。很多其他生态型看起来则像是介于活过来的石头和一坨大脑之间的存在。

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“脑珊瑚”是对菊珊瑚科的俗称。图片来源：Wolfang Poelzer/Alamy Stock Photo
盖茨和凡?欧朋采取了广撒网的策略，对每种生态型进行了采样，每个生态型都至少有一个代表，这样，她们就可以评估哪种治疗方法对它们各自不同的生物特征有效。
“如果我们可以明白每种生态型对我们采取的每种手段作何反应，这便能帮助我们将其应用到别的地方。”盖茨说，“理论上，每种生态型里面的物种应该有一样的表现。”比如，一种生态型可能对特定的藻类移植反应十分积极，其它或许会从在它们的微生物群中添加某种细菌获益良多。
这个方案并非无懈可击；每种珊瑚可能都有自己特定的偏好。但这是我们解决这个严峻问题最好最快的方案。
+ T' J; R: X. w* A' [. v/ ]扮演上帝，还是生死一搏？自然地，帮助野生动物演化充满争议。虽然没有基因工程那样的污名，但是这两种方式都可能会被形容为“扮演上帝”。每种珊瑚都会带上人类协助的印记。“很多人认为这样做大逆不道，因为他们喜欢认为海洋是野生状态的。” 哈奇多恩说，“但是我们的野生公园和渔业就是这样（通过帮助野生物种演化）运作的。”
: h* g% d  T; e1 b* I; f$ z并且，如果你好好想想的话，“协助演化”并没有那么不自然。
“我们所做的就是自然在做的事，”盖茨说，“只是试图把它加快一点，让珊瑚跟上环境变化的速度。而且，我们想看看究竟可以将这种演化推进到什么程度，因为，说实话，我们已经将地球推到了变暖加速的境地。”
2 S- o) s' k9 Q; e& a- p/ s, j与此同时，其它批评称这些措施如经实践，会减少珊瑚的多样性。只有非常强悍的珊瑚可以存活，这样的珊瑚礁仅是昔日珊瑚礁不足道的片影。
* v& A: }$ z, J. C: `1 k“我同意。”盖茨说，“但是你同样应该考虑我们什么都不做的下场。”一个生物多样性降低了的珊瑚礁总好过什么珊瑚礁都没有，特别是考虑到珊瑚带来的益处。
8 ^( z9 h( ^: Z/ e这个没有珊瑚存在的反乌托邦世界将会面临大范围的枯竭。海洋生物和渔业崩溃。面对裹挟着飓风的海浪和海啸，我们将不再有自然防御。岛屿被海水淹没，带来土地流失，使越来越多的生态难民只能寻找新的栖身之所。“大局如此。”盖茨说，“这是制造灾难的配方。”

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澳大利亚大堡礁的白化珊瑚；如果珊瑚礁真的尽数消失，将为全球带去巨大的生态和经济灾难。图片来源：?desdemonadespair.net
6 n6 l' t+ m  z* I" x简单地隔离受损的珊瑚可以缓解人类居住活动和渔业带来的一些压力。在过去，海洋保护区——国家公园的海洋版本——就采取过这样的措施，但海洋保护区并不能从珊瑚生活着的、不断变化的海洋手中保护它们。
盖茨和凡?欧朋也许只能为珊瑚提供一个生死一搏的机会。“如果我们能帮上忙，那就应该帮忙。”盖茨说，“我希望在处理减少化石能源烧采这个大问题的同时，也能看到珊瑚礁从衰退中挣脱出来。