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。
当“丝路明珠”遇到上合,读懂习近平所说的历史启迪******
(近观中国)当“丝路明珠”遇到上合,读懂习近平所说的历史启迪
中新社北京9月17日电 (记者 梁晓辉)“古丝绸之路为亚欧大陆商品物产大流通、科学技术大传播、思想观念大碰撞、多元文化大交融作出巨大贡献,也为上海合作组织国家实现和平与发展提供了历史启迪。”在上合组织撒马尔罕峰会上,中国国家主席习近平如是说。
当地时间15日至16日,上海合作组织成员国元首理事会第二十二次会议在乌兹别克斯坦的古丝路名城撒马尔罕举行。于撒马尔罕观上合组织发展,延绵千年的“丝路精神”与不断发展的“上海精神”在此交汇。
“文明的十字路口”“地球的不老容颜”“举世闻名的丝路明珠”……当千年古城开启“上合时间”,撒马尔罕如何以其悠久的历史照鉴未来,带给世人思考。
历史上,撒马尔罕因古丝绸之路而兴,如今成长为丝绸之路经济带上的重要城市,映照了以和平合作、开放包容、互学互鉴、互利共赢为内涵的“丝路精神”。
而现实中,上合组织因互信、互利、平等、协商、尊重多样文明、谋求共同发展的“上海精神”,走出一条新型区域组织的合作与发展道路,不断展示出生命力。
“‘上海精神’与‘丝路精神’是相通且一脉相承的。”中国上合组织研究中心秘书长邓浩认为,二者都抓住了人类文明发展的大势,主张平等、交流、合作、共赢,“站在了人类历史正确的一边”。
上合组织成立于2001年,以协调解决成员国棘手的安全问题为出发点,一路延伸至经济、文化等多领域合作,职能不断扩大的同时,成员也由最初的6国增至8国。
起初,上合组织并不被看好甚至被误读、唱衰,然而走过20多年,上合大家庭“朋友圈”不断扩大,向心力和吸引力不断上升,一路发展成为当今世界幅员最广、人口最多的综合性区域组织。
回顾上合组织20多年的发展历史,习近平在撒马尔罕峰会讲话中总结其“成功密码”:坚持政治互信,坚持互利合作,坚持平等相待,坚持开放包容,坚持公平正义。在题为《把握时代潮流 加强团结合作 共创美好未来》的讲话中,他还指出,这5点经验充分体现了互信、互利、平等、协商、尊重多样文明、谋求共同发展的“上海精神”。
“上海精神”是上合组织的理念基础和行动指南。邓浩认为,上合组织成功的根本,在于这一理念具有先进性。
邓浩说,“上海精神”超越了当下一些西方国家长期奉行的“冷战思维”“霸权思维”,建立了一种新型的合作模式,主张合作、包容、开放。这其实是广大发展中国家的共同诉求,也是世界上大多数国家的诉求。因此,一直有新的国家想加入到上合组织中来。
德不孤,必有邻。在撒马尔罕峰会上,上合组织成员国领导人签署了关于伊朗加入上合组织义务的备忘录,启动接收白俄罗斯为成员国的程序,以及批准、同意埃及等8国为新的对话伙伴。在组织内体现为向心力的“上海精神”,已在世界上展现出十足吸引力。
“过去我们践行‘上海精神’取得巨大成功,未来我们还要秉持‘上海精神’一路前行。”习近平展望上合组织未来发展时说。
历史照鉴现实,更启迪未来。于撒马尔罕观上合组织发展,习近平进一步倡议“推动构建更加紧密的上海合作组织命运共同体”,并提出上合组织下一步发展的中方主张:加大相互支持,拓展安全合作,深化务实合作,加强人文交流,坚持多边主义。
落实全球安全倡议、推动全球发展倡议在本地区落地生根、继续加强共建“一带一路”倡议同各国发展战略和地区合作倡议对接……习近平所提重点方面,被认为既着眼于当下世界安全所需,又兼顾发展长远之道,也被写入峰会发表的撒马尔罕宣言中。
安全与发展向来是一枚硬币的两面,对百年变局之中的欧亚地区更是如此。当下,该地区安全环境和发展条件遭遇近30年来前所未有的挑战,而构建上合组织命运共同体所锚定的,正是成员国最迫切关心的问题。
上合组织秘书长张明在谈及地区安全问题时认为,未来上合组织可从习近平主席提出的全球安全倡议中汲取更大能量,将上合组织地区打造成和谐、安宁、稳定、可持续发展的示范空间。
而对于发展问题,吉尔吉斯斯坦卡巴尔通讯社前社长、政治分析师库班透过媒体表示,习近平主席提出的共建“一带一路”倡议,拉近各国间的距离,促进共同发展。上合组织国家深知,共建“一带一路”是各国坚定相互支持、扩大各领域合作的重要途径。
“新形势下,上合组织对于成员国和地区发展具有更加重要的作用。”中国俄罗斯东欧中亚学会会长李永全指出未来构建上合组织命运共同体的优势所在:“上海精神”正受到越来越多国家的认可和赞赏,上合组织务实合作日益具有生命力,上合组织所覆盖的区域是最佳合作对象。
他认为,构建上合组织命运共同体是“上海精神”的延续,赋予“上海精神”新的时代内涵。“中国也再次用实际行动表达对推动上合组织发展的诚意。”
于千年古城撒马尔罕观上合组织发展,“丝路精神”、“上海精神”、构建上合组织命运共同体一脉相承,历史正启迪当下,照鉴未来。(完)