作者:黄玉霖
科学指导:Gui
上一期的推文中,我们了解到,当环境变得恶劣时,珊瑚王国满城白旗,宣告溃败,这就是经典的“珊瑚白化”过程。
不过,有时候在环境压力下,珊瑚礁反而呈现诡异的亮丽色彩,换装成霓虹王国,这类“非典型”的白化事件被称为“彩色白化”。彩色白化亦属于珊瑚白化,或者可以称作经典白化之前的一段华丽前奏,是珊瑚在负隅顽抗时高唱的,对虫黄藻的挽歌。
早在2017年,纪录片“Chasing Coral”记录了南太平洋新喀里多尼亚的一次规模庞大的珊瑚礁彩色白化事件,将珊瑚礁彩色白化现象带入人们的视野。
This is the most beautiful transformation in nature.
The incredibly beautiful phase of death. And it feels as if… It’s the corals saying,
“Look at me”,
"Please, notice".
你可能会问,这里的珊瑚在干什么呢?搞这么一出华服盛宴,是为了吸引谁的眼球?去年,英国南安普顿大学教授Jörg Wiedenmann和他的团队发表的论文终于向我们揭示了珊瑚这种行为艺术背后的原因。
在揭秘彩色白化真相之前,我们需要稍微回顾一下关于珊瑚颜色的知识(点击查看:70.8珊瑚馆丨世界上最害怕美白的生物在这里!)。珊瑚虫(水螅体)自身要么是无色透明的,要么因为体内的荧光蛋白和色蛋白的存在,呈现各种缤纷的颜色。不过,对于共生有虫黄藻的珊瑚虫而言,它们的色蛋白和荧光蛋白较少,主体色往往被虫黄藻的黄褐色掩盖,因此整体看起来是暗沉的棕褐色。
当珊瑚虫因为各种环境压力原因而“脱藻”时,黄褐色褪去,珊瑚虫底下的钙质骨骼的白色则透过透明的珊瑚虫虫体显露出来,因此珊瑚礁整体看上去“白化”了。而“彩色白化”其实就是珊瑚虫在脱藻后,体内色素蛋白含量激增,以至于看上去比任何时候都要花里胡哨。
图中荧光紫的珊瑚正在经历“彩色白化”;旁边的白色珊瑚已经处于白化阶段;而较远处棕黄色的珊瑚比较幸运,还处于健康状态
(来源:Harry Baker)
不过要知道,在失去了碳水供应者虫黄藻后,每一丁点能量对珊瑚虫而言都弥足珍贵。而在环境压力下,这些珊瑚虫在抗击压力之余还匀出一部分能量用于合成各种美丽的色素蛋白,难道仅仅为了打扮自己吗?当然不是,科学家发现,这实际上是珊瑚虫为了生存的开发出的一个战术,可姑且称之为“回光返照法”。
要理解珊瑚虫的这个大招,我们需要把自己缩小再缩小,跑到珊瑚虫体内去看看。
现在,珊瑚虫在我们面前就像一栋楼房,白色的钙质骨骼是楼房的钢筋和水泥,珊瑚虫自身的色素蛋白就是楼里粉刷的“颜料”,而珊瑚虫内胚层细胞则是一间间透明的玻璃房间,有许多房间里面都居住着珊瑚虫的房客——虫黄藻。如果我们走进这些房间,就会发现,纵使这原本是个玻璃阳光房,但是因为挤满了虫黄藻,再加上“颜料”对光线的吸收和遮蔽,所以房间的亮度正好合适。
当环境恶劣,珊瑚虫和虫黄藻的共生关系破裂(想知道更多请戳链接…“绝美的白色礼服,竟是她的告别演出!”),房客们纷纷出走,只剩下珊瑚虫独守空楼。
不过,幸运的是,虫黄藻出走后并非一去不回头,它们仍然可能回心转意,继续搬回玻璃房和珊瑚虫过共生的小日子。但问题是,对于那些失去了太多虫黄藻的珊瑚虫,它们的内胚层细胞过于空荡荡了,以至于强烈的阳光经过白色骨骼的反射,在整个惨白的空间里充斥,这样强烈的光照对于虫黄藻来说难以忍受。
这一切都怪罪于光。
于是珊瑚虫的大招应运而生——强光(特别是强烈的蓝光)会刺激珊瑚虫合成更多的色素蛋白,就相当于给玻璃房涂上更多能遮光和吸光的“颜料”。这些色素蛋白不仅保护珊瑚虫自身组织免受光热损伤,同时给虫黄藻创造了更适于它们回归安家的舒适环境。当许多珊瑚虫都开始发大招时,整个珊瑚王国就变成了霓虹世界。这一切都怪罪于光。
随着越来越多虫黄藻陆续入住珊瑚虫的大楼,房间内的光照又重新因为虫黄藻的吸收而降低。此时不再有强光刺激,珊瑚虫便减少对色素蛋白的合成,以节约能量。
就这样,在色素蛋白的帮助下,珊瑚虫通过对光照的控制逐步恢复和虫黄藻的共生稳态,最终实现自救。
不过,发动大招也仅仅是增加了珊瑚在环境压力下存活的概率,如果环境胁迫剧烈且持续恶化,则虫黄藻仍然无法恢复与珊瑚的共生。长期得不到虫黄藻的营养来源,这个大招所能达到的效果也就只剩回光返照了,最终珊瑚只能在挨饿中接受死亡的命运。
另外,并不是每种珊瑚都具备这种技能,比如一些生活在水深较深处的珊瑚,长期的进化让它们的珊瑚虫通体透明,根本不产生色素蛋白,因此也谈不上“回光返照法”了。
现在,回到本文开头的视频,你大概会知道新喀里多尼亚的那片珊瑚在干什么了。高温侵袭,虫黄藻出逃,在这天灾虫祸的节骨眼上,这片突然出现的霓虹花园是珊瑚对虫黄藻最后的挽留。
“请你不要离开,这里胜似花开”
有些珊瑚因环境胁迫而白化时,反而呈现异常亮丽的色彩,这种现象被称为“彩色白化”。
目前研究认为,珊瑚的彩色白化很可能是珊瑚的一种自我保护机制。
彩色白化的珊瑚合成的色素能够遮蔽阳光,使珊瑚体内光通量降低,这可以为虫黄藻创造更好的共生环境,对珊瑚自身也是一种光保护作用。
并不是每种珊瑚都能通过彩色白化自救,而且当环境压力过大时,彩色白化也无济于事。
参考资料:
[1] Harry Baker. Colourful bleaching: solving a coral conundrum. https://marinemadness.blog/2020/05/28/colourful-bleaching-solving-a-coral-conundrum/
[2] Jörg Wiedenmann, Cecilla D’Angelo. Revealed: why some corals are more colourful than others. https://theconversation.com/revealed-why-some-corals-are-more-colourful-than-others-36866
[3] Jörg Wiedenmann, Cecilla D’Angelo. Coral reefs that glow bright neon during bleaching offer hope for recovery – new study. https://theconversation.com/coral-reefs-that-glow-bright-neon-during-bleaching-offer-hope-for-recovery-new-study-139048
[4] Elena Bollati, Cecilla D’Angelo, Rachel Alderdice, et al. Optical Feedback Loop Involving Dinoflagellate Symbiont and Scleractinian Host Drives Colorful Coral Bleaching. Current Biology, 2020, 30: 2433-2445.
海洋代言人主题馆—70.8珊瑚馆,
馆长Ming、副馆长Gui与5位管理员
黄玉霖、林喆滢、李思翰、张效琬、黄林霖
不定期为大家讲述珊瑚的故事……
PS:发布周期不定,全看心情~