隨著全球氣候的加劇變化，海洋酸化正在成為威脅珊瑚礁生態系統的“無情殺手”。近日，一篇發表于國際權威期刊《Research》的研究論文揭示了造礁石珊瑚應對海洋酸化的多樣化生存策略，為我們理解和保護這一脆弱的海洋生態系統提供了全新視角。

海洋酸化背景下的生存危機

人新世(Anthropocene)工業革命以來，人類活動導致了全球海洋的pH值持續下降。據預測，至本世紀末，全球海洋的平均pH值可能會從8.0~8.2降至7.6~7.8，這將對依賴碳酸鈣構建骨骼系統的海洋生物（尤其是造礁珊瑚）造成致命性生存危機。雖然現有研究已證實海洋酸化會降低造礁珊瑚的骨骼密度和生長速率，但對于不同種類造礁珊瑚應對酸化海洋環境的生存策略，特別是其內部骨骼結構的精確性動態變化，科學界還沒有相關報道。

為了深入探索相關問題，研究團隊在實驗室內模擬了pH值為7.6-7.8的酸化海洋環境，選取了4種在印度洋-太平洋海域(Indo-pacific region)廣泛分布的造礁珊瑚，既美麗鹿角(軸孔)珊瑚(Acropora muricata)，鹿角杯型珊瑚(Pocillopora damicornis)，葉板薔薇珊瑚(Montipora capricornis)和葉狀薔薇珊瑚(Montipora foliosa)為研究對象，利用高分辨率微計算機斷層掃描(micro-CT)、掃描電鏡-能譜(SEM-EDS)和轉錄組測序(RNA-seq)等檢測技術，對上述造礁珊瑚在酸化海洋環境下的骨骼侵蝕過程、核心元素動態變化和基因表達狀態等進行了多維度整合分析(圖1-3)。

圖1. 酸化環境下4種造礁珊瑚水螅體孔道系統的各自變化特點

圖2. 酸化環境下4種造礁珊瑚骨骼的鈣離子流失過程

圖3.酸化環境下4種造礁珊瑚水螅體的基因表達變化過程

特異性生存策略：獨特的“空腔化”與普遍性“骨質疏松”

研究結果顯示，不同造礁珊瑚在面對海洋酸化壓力時，采取了截然不同的生存策略，美麗鹿角珊瑚展示了其獨特的“空腔化”酸蝕策略，而其它三種珊瑚則產生了類似人類衰老過程中“骨質疏松”的衰變特征，如骨量減少、骨韌性降低及骨骼結構紊亂等(圖4)。

圖4 四種造礁珊瑚應對海洋酸化的不同生存策略

1）美麗鹿角珊瑚：犧牲內部保全整體的“空腔化”策略

美麗鹿角珊瑚的酸化損傷并非從其骨骼表面開始，而是獨特性的始于骨骼內部。酸化海水優先侵蝕深層骨骼，形成類似“空腔”的孔洞。這種策略，雖然犧牲了骨骼密度和鈣質，卻最大限度的保護了其表層的共肉組織(Coenosarc)和至關重要的水螅體孔道系統(Polyp–canal system)。基因分析顯示，該珊瑚在酸化脅迫下顯著上調了黏附蛋白(如galaxin和膠原蛋白)的表達，這像“強力膠”一樣，在內部不斷流失鈣質的情況下加固了骨骼的整體韌性，進而最大可能的維持其生長能力(圖3，5)。這種優先保護生命中樞的策略，展現出美麗鹿角珊瑚獨特的適應潛力。

圖5.骨骼蛋白在造礁珊瑚骨骼構建過程中的作用

2）其它三種造礁珊瑚：類“骨質疏松”癥狀

相比之下，鹿角杯型珊瑚、葉板薔薇珊瑚和葉狀薔薇珊瑚則表現出類似“骨質疏松”的特征，即侵蝕從骨骼表面開始，導致整體性結構退化。葉板薔薇珊瑚中負責粘合碳酸鈣微晶體的黏附蛋白合成不足導致其骨骼變得更“脆”。葉狀薔薇珊瑚表現為整體性骨量流失，導致骨骼質量和硬度下降。鹿角杯型珊瑚的骨骼微結構(尤其是珊瑚杯區域)變得混亂無序，新生成的骨骼甚至不規則地擠壓了珊瑚蟲的生存空間，損害了其機械強度和長期生存能力(圖6)。

圖6. 珊瑚樣本中骨骼和水螅體孔道系統重建揭示骨骼酸蝕模式

機制新知：水螅體筑起了酸化海洋中的“生命結界”

該研究還發現了一個重要機制，即海洋酸化主要損害的是造礁珊瑚已經形成的“舊”骨骼，而對水螅體附近正在進行的“新”鈣化作用的抑制能力相對較小。在上述造礁珊瑚中均觀察到，水螅體在其周圍約1毫米的區域形成了天然防護罩，距離蟲體越遠的骨骼越早溶解，靠近活體水螅體的骨骼區域受損更晚、程度更輕，而水螅體鄰近區域甚至出現了新生的骨骼沉積。這表明，水螅體能夠通過調控其微環境，優先保護其賴以生存的直接附著的骨骼區域，這顛覆了酸化直接抑制鈣化作用的傳統認知。

研究意義：為珊瑚礁保護提供新的科學依據

該研究系統揭示了不同種類造礁珊瑚在應對海洋酸化過程中各自特有的應對策略。尤其是美麗鹿角珊瑚獨特的‘空腔化’策略，為我們理解造礁珊瑚的抗壓能力提供了全新思路。其它造礁珊瑚表現出的‘骨質疏松’癥狀，提示我們海洋酸化會從不同層面削弱珊瑚礁的結構穩定性。通過識別不同造礁珊瑚的脆弱點和潛在的復原機制，可以制定更加具針對性的保護方案。這項跨學科的深入研究，為我們守護蔚藍海洋中的“熱帶雨林”提供了新的理論基礎。

該研究由東南大學陸祖宏、何春鵬課題組，南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州海洋實驗室)張躍環、秦艷平課題組和大連理工大學青年教師李一鑫等合作完成。

文章鏈接：

Li, Y., Zhao, H., Zhao, Y., Liao, X., Chen, J. Y., Qin, Y., Lu, Z., Zhang, Y., & He, C. (2025). Skeleton-Forming Responses of Reef-Building Corals under Ocean Acidification. Research (Washington, D.C.), 8, 0736. https://doi.org/10.34133/research.0736

第一作者簡介

李一鑫，東南大學生物電子學國家重點實驗室陸祖宏、何春鵬課題組博士畢業生，現為大連理工大學海岸與海洋工程全國重點實驗室青年教師。主要圍繞造礁石珊瑚的生長、演化、礦化和保護等進行影像學和生態生物學研究。以第一作者身份在Research、iScience等國際高水平期刊上發表研究性論文7篇。

• 信息來源：自然資源部官網。

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