随着秋天的到来，波士顿可能会变得更冷，但对于这里以南4000多英里的加勒比海珊瑚礁来说，气温一点也不凉爽。今年夏天，佛罗里达周围的珊瑚礁遭受了毁灭性的破坏，专家们报告说，这是他们见过的最严重的珊瑚白化现象。如今，高温正在继续对巴拿马、哥伦比亚、萨尔瓦多、哥斯达黎加、墨西哥和加勒比国家的海洋环境造成损害。

去年，波士顿大学的珊瑚专家萨拉·戴维斯（Sarah Davies）和她的团队在巴拿马加勒比海海岸进行了澳门威尼斯人注册网站研究，当她听到有关巴拿马加勒比海海岸珊瑚白化的报道时，她赶紧派了三名澳门威尼斯人注册网站研究人员尽快回到那里，看看他们的情况。

“我们看到了很多白化现象，”戴维斯实验室的博士后澳门威尼斯人注册网站研究员、该团队的负责人汉娜·艾克尔曼（Hannah Aichelman）说。

2023年8月29日，在巴拿马博卡斯德尔托罗岛Cristóbal岛附近的珊瑚礁上，看到了这两种正在褪色的珊瑚。白色表示漂白的部分，珊瑚失去了共生藻类。浅粉色和白色珊瑚之上的灰色方块片用于在不同的光环境中标准化照片。图片由Hannah Aichelman和Davies实验室提供

什么是珊瑚白化？

当珊瑚和它们的共生藻类，称为共生藻科（有时称为虫黄藻），由于温度高于正常水平而分道扬镳时，就会发生白化。珊瑚排出藻类是一种应激反应，这会使它们失去颜色，变成白色。这是一个问题，因为珊瑚和藻类之间的互惠关系对它们的生存至关重要——藻类为珊瑚提供食物，珊瑚为藻类提供庇护。白化不会立即杀死珊瑚，但如果持续时间过长，最终会致命。

Aichelman （GRS ' 23）和她的团队在8月底访问了四个珊瑚礁地点，这是波士顿大学艺术与科学学院生物学助理教授戴维斯于2022年6月采集DNA样本并在珊瑚礁上标记珊瑚群落的地点。澳门威尼斯人注册网站研究人员能够通过潜入珊瑚所在地，使用水下金属探测器定位微小的金属标签，重新识别被标记的珊瑚群落，并将他们去年和现在的观察结果进行比较。陪同他们的还有一名来自设在巴拿马的史密森热带澳门威尼斯人注册网站研究所的科学潜水员。

史密森尼热带澳门威尼斯人注册网站研究所的巴拿马科学潜水员Viviana Guerra与戴维斯实验室的澳门威尼斯人注册网站研究人员一起拍摄和监测珊瑚。当她靠近漂白的脑珊瑚时，她夹在腋下的黄色椭圆形是澳门威尼斯人注册网站研究小组用来定位标记珊瑚群落的金属探测器之一。图片由Hannah Aichelman和Davies实验室提供

“珊瑚礁是非常复杂的地方，”艾克曼说。光照条件、盐度和温度可以在非常小的空间尺度上变化，即使是经历相似环境的邻近珊瑚也会有不同的反应。

艾克曼、戴维斯和他们的团队将分析温度数据和他们在旅途中收集的样本，以更清楚地了解特定珊瑚礁的状况。但不幸的是，他们认为情况在不久的将来不会改善。

“在巴拿马，水将继续变热。我们进入了这个地区一年中通常最温暖的月份，气温已经很热了，”艾克曼说。

温度决定一切

在远离巴拿马的西太平洋岛国帕劳，戴维斯也看到了类似的现象。她的工作重点之一是区分那些看起来相同，但基因不同的珊瑚（这些珊瑚被称为隐珊瑚谱系，唯一知道谁是谁的方法是对它们的DNA进行测序）。在过去的几年里，Aichelman和Davies在巴拿马周围发现了三个隐秘的珊瑚谱系，在帕劳也发现了三个。

戴维斯说：“在帕劳，我们会看到两种隐珊瑚挨着，一种被漂白了，另一种没有。”她的实验室，戴维斯海洋种群基因组实验室，正在努力找出原因。

科学家们不知道珊瑚白化背后的分子机制，所以了解原因是预测气候变化对不同珊瑚礁生态系统影响程度以及如何最好地保护它们的关键。尽管珊瑚礁只占海洋的一小部分，但大约四分之一的海洋生物在生命的某个阶段依赖于珊瑚礁，所以广泛的白化是一个大问题。白化会影响珊瑚吸收养分和繁殖的能力，而这两者对珊瑚的恢复能力都至关重要。

今年夏天早些时候，戴维斯和她的团队在博士后澳门威尼斯人注册网站研究员卡斯滕·格鲁普斯特拉的带领下，开始分析来自帕劳的一种叫做叶珊瑚（Porites lobata）的珊瑚。与大多数其他类型的珊瑚相比，这种珊瑚能够承受更高的水温，使其成为澳门威尼斯人注册网站研究它在不同气候情景下如何适应的主要候选者。在实验室里，他们取下珊瑚的碎片，把它们放在不同温度的环境中，模拟野外条件和气候变暖导致的预测变化。

戴维斯说：“我一直在思考为什么有些珊瑚比其他珊瑚更有弹性。”“为什么有些珊瑚可以在强烈的加热事件中生存，它们是怎么回事？”

尽管不断受到威胁，但有些珊瑚可以活到几百岁——比如太平洋上的“大妈妈”，一种超过500岁的珊瑚。包括戴维斯在内的科学家们认为，在气候变化中生存良好的生物是那些能够适应不断变化的环境并在多年内持续繁殖的生物。

“也许这些古老的、抱石的珊瑚在气候变化下表现得相对较好，因为这是它们的生存策略。他们总是着眼长远，”戴维斯说。“这些活了这么久的珊瑚必须预料到它们的环境会发生变化，因为变化是正常的——只是现在的变化速度不正常。”

免疫力和复原力

由于白化和剧烈的环境变化，珊瑚礁也在生病。

中科院生物学教授托马斯·吉尔摩（Thomas Gilmore）说：“珊瑚死亡不仅仅是因为它们正在白化，它们还受到了许多新细菌和病毒的感染，这可能是因为它们的免疫系统受到环境影响的改变。”在发表在《通讯生物学》上的一篇论文中，他和戴维斯发现，缺乏营养会使海葵——一群与珊瑚有关的微小海洋无脊椎动物——在实验室中更容易受到细菌疾病的影响。

所有的生物，像我们一样，都需要健康的饮食来保持免疫系统的强壮。所以，饥饿、白化的珊瑚有生病的危险也就不足为奇了。然而，令人惊讶的是，在珊瑚、海葵和海绵中也发现了调节人类免疫力的相同基因和蛋白质——一种被称为核因子κB （NF-κB）的蛋白质途径。

对我们来说，NF-κB通路只有在遇到病原体时才会被激活，但Gilmore和他的团队发现，在海洋中，防御机制总是被激活的，因为，他说，“它们生活在细菌和病毒的汤里。”他花了很多年澳门威尼斯人注册网站研究人类体内的NF-κB，然后决定用同样的技术澳门威尼斯人注册网站研究珊瑚和海葵。

他说：“我们想要了解这些在环境压力下的简单生物体的免疫系统的基础。”因为许多影响海洋无脊椎动物的疾病可能与NF-κB的作用有关。“作为基础科学家，我们的主要动机是了解许多生物体生物过程的多样性。但我们越了解不同的生物体如何对抗病原体，我们就越有可能开发出新的技术来杀死人类体内的病毒和细菌。”

这是Aichelman澳门威尼斯人注册网站研究的珊瑚谱系之一，在巴拿马史密森尼热带澳门威尼斯人注册网站研究所附近的珊瑚礁点看到的。金属标签位于珊瑚的顶部；另一种海绵（红色）生长在珊瑚周围。这种珊瑚没有白化，尽管温度很高，但看起来很健康。图片由Hannah Aichelman和Davies实验室提供

珊瑚繁殖

白化的珊瑚也可能很难产卵。戴维斯说，繁殖是珊瑚礁反弹的重要组成部分，这也是她进入这个领域的原因。

“产卵是我成为珊瑚生物学家的原因，因为它太酷了，”她说。“我们认为，因为它们是基底后生动物，看起来像岩石，所以它们没有很多有趣的行为。大多数情况下，它们没有，但它们有非常有趣的生殖生物学。”

珊瑚的交配需要一个微妙的组合，水温恰到好处，月亮和太阳的暗示告诉珊瑚什么时候繁殖。而且，对于大多数类型的珊瑚来说，这种情况只发生在一年中最温暖的一个月的一个晚上，也就是满月之后的几天。

那一天，就在日落之后，珊瑚会释放成捆的卵子和精子，这个过程被称为广播产卵。（大多数珊瑚同时产生卵子和精子束，但有些珊瑚有单独的性别。）这些花束浮到水面上，基本上引发了一场珊瑚性爱派对。“这是水面的外部受精，”她说。“它们必须希望自己能在同一物种的另一种珊瑚同时释放配子，这样就能让某些人的配子在水面受精。”

戴维斯在许多不同的海洋中澳门威尼斯人注册网站研究了这种现象，它可以是同步的，她甚至可以在珊瑚开始产卵之前预测下一个产卵的珊瑚。她说，压力很大的珊瑚通常不会释放这些束来保存能量，或者把它们作为最后的万福马利亚。

受精后大约三到五天，“它们变成了这些可爱的小浮藻幼虫，看起来像椭圆形，上面覆盖着感觉毛，可以接收来自珊瑚礁的信号，”她说。

许多后代在下沉的过程中被其他海洋生物吃掉，但幸存的幼虫会回到海底，在那里它们有望成熟为成年珊瑚。目前还不清楚为什么它们最终会在哪里结束，但戴维斯和波士顿大学海洋项目澳门威尼斯人注册网站和学生的澳门威尼斯人注册网站研究估计，细指珊瑚（Porites divaricata）的幼虫会在离母体几米远的地方定居。他们建议，因此，珊瑚保护应该考虑到对整个珊瑚栖息地的保护，而不仅仅是珊瑚礁，要有法规和保护。

珊瑚会没事吗？这取决于你问谁

去年，太平洋上的大堡礁出现了有希望的反弹迹象，当地专家报告称，珊瑚覆盖面积达到了36年来的最高水平。戴维斯并不感到惊讶。

她说：“包括大堡礁在内的太平洋珊瑚礁比加勒比珊瑚礁更具弹性，因为它们的物种多样性要高得多，而且有很多快速生长的珊瑚。”“但这有点像拳击比赛，有人被打倒了，但他们站起来了。他们倒下了，又站起来了，但他们能坚持多久？”

该领域的一个长期存在的问题是，在如何监测和分析珊瑚礁健康方面缺乏共识，因为并非所有的科学家都以同样的方式评估它们——对生物学家来说，更高的珊瑚覆盖率可能是好消息，而对同一块珊瑚礁进行分析的化学家可能会发现压力激素，这意味着坏消息。为了达成一些共识，今年早些时候，戴维斯带领其他60名科学家撰写了一篇澳门威尼斯人注册在评估珊瑚共生体方面建立共识的论文，呼吁就如何正确地进行基因测序达成一致，并在澳门威尼斯人注册网站研究中更可靠、更一致地进行测序。

“共生体的基因组非常复杂，所以我们需要基本的实验来确认序列的含义。我们提出了这些类型的实验，并希望这篇论文是推动该领域向前发展的框架，”她说。“这篇论文中我最喜欢的部分强调了使澳门威尼斯人注册网站研究界更具包容性的方法，因为我们需要更多不同的观点。”

在她自己的工作中，戴维斯揭示了珊瑚中惊人的基因多样性，但她说她担心“每次漂白事件都会导致多样性的丧失，我认为人们并没有真正监测到这一点。”

她说，她的态度和希望取决于这一天。“如果杯子是半满的，我会说，‘哦，哇，有这么多的多样性和更大的适应潜力！“如果杯子是半空的，那么我在想这些漂白事件是如何消灭我们甚至还不知道的整个物种的。”