英国南安普顿大学领导的一项新研究揭示了为什么珊瑚礁能够在看似营养贫乏的水中茁壮成长，这一现象自查尔斯·达尔文以来一直让科学家们着迷。
研究表明，珊瑚以光合共生体(生活在珊瑚细胞内的微小藻类)为食。这种素食使珊瑚能够吸收以前被认为无法获得的大量营养物质。实际上，它们正在吃一些共生藻类来获取生存所需的营养。
领导这项研究的南安普顿大学珊瑚礁实验室主任 Jörg Wiedenmann 教授评论道：“珊瑚礁为何在营养贫乏的海洋中繁衍生息的问题被称为达尔文珊瑚礁悖论，启发了几个有助于解释这一现象的重要过程的发现。我们现在可以添加拼图中缺失的部分，并帮助解决这个长期存在的谜团。”
他继续说道：“当查尔斯·达尔文 (Charles Darwin) 乘坐英国皇家海军贝格尔号 (HMS Beagle) 起航时，他认为自己是一名地质学家，在穿越热带海洋的过程中，他很快对珊瑚礁形成的地点和原因产生了兴趣。达尔文正确地预测了地壳的沉降和珊瑚的稳定向上生长如何相互作用形成巨大的珊瑚礁结构。然而，这种蓬勃增长背后的生物学机制仍未得到研究。”
一起生存的
石珊瑚是软体生物，对某些人来说可能看起来像植物，但实际上是动物。这些生物体由许多单独的息肉组成，它们作为一个群体生活在一起，还有秘密的石灰岩骨骼，形成了我们称为“珊瑚礁”的三维框架。
珊瑚礁是重要的水下生态系统，使许多人类社区受益。它们为无数生物提供了家园和觅食地，维持着全球约 25% 的海洋生物多样性。因此，它们为地球上大约五亿人提供了食物和收入。
珊瑚动物依赖于“共生”，即与生活在其细胞内的微小藻类的互利关系。光合藻类产生大量富含碳的化合物，例如糖，它们将其转移到宿主珊瑚中以产生能量。
共生藻类在吸收海水中溶解的无机营养物质(例如硝酸盐和磷酸盐)方面也非常有效。即使在营养贫乏的海洋中，这些化合物也可以作为附近生物体(例如海绵)的排泄产物被发现。它们也可以通过洋流转移到珊瑚礁。
科学家发现了什么
与它们的共生体相反，珊瑚宿主不能直接吸收或使用溶解的无机营养物质，到目前为止，还不清楚这些营养物质如何促进珊瑚的生长。然而，南安普顿大学的科学家与包括英国兰卡斯特大学、特拉维夫大学和以色列耶路撒冷大学在内的合作者团队合作，已经确定了将这些必需的生长营养物质转移到珊瑚动物体内的机制。 。
他们的研究结果发表在《自然》杂志上。
通过在南安普顿大学珊瑚礁实验室进行一系列长期实验，科学家们证明，珊瑚实际上会消化一些共生体种群，以获取共生体从水中吸收的氮和磷。当水中有足够的溶解无机营养物质时，这种机制可以使珊瑚快速生长，即使它们没有接受任何额外的食物。印度洋偏远珊瑚礁环礁的实地考察结果支持了实验室的研究结果，表明这种机制在生态系统层面促进了野生珊瑚的生长。
主要作者之一、南安普顿珊瑚生物学副教授 Cecilia D'Angelo 博士评论道：“多年来，我们在实验性水族馆系统中繁殖共生珊瑚，我们观察到它们即使在没有吃饱。目前的知识水平无法解释共生体的两个伙伴如何交换营养物质，因此我们认为我们遗漏了很大一部分，并开始系统地分析这个过程。”
进行了关键实验的珊瑚礁实验室研究员洛雷托·马尔多内斯-维洛佐博士补充道：“人们预计动物如果不吃东西就会死亡或停止生长。然而，如果我们将珊瑚放在溶解无机养分含量较高的水中，它们看起来会非常快乐并且生长得很快。”
研究结果背后的科学研究
人员使用一种专门标记的化合物来追踪共生伙伴之间必需营养氮的移动。实验中使用的化学形式的氮只能通过共生体整合到它们的细胞中，而不能通过珊瑚宿主整合到细胞中。
南安普顿大学稳定同位素质谱实验室经理巴斯蒂安·汉巴赫 (Bastian Hambach) 解释说：“我们使用同位素标记，用比正常情况下更重的氮原子来‘增加’供应给珊瑚的营养物质。这些同位素使我们能够使用超灵敏的检测方法追踪珊瑚对营养物质的使用。”
南安普顿大学古海洋学家保罗·威尔逊教授补充道：“通过这项技术，我们可以明确地证明，维持珊瑚组织生长的氮原子来自于实验中向共生体提供的溶解的无机营养物质。 ”
南安普顿大学的 Jörg Wiedenmann 教授补充道：“我们使用 10 种不同的珊瑚物种来量化共生体种群如何与其宿主一起生长。利用共生体生长的数学模型，我们可以证明珊瑚会消化共生体种群中多余的部分，以获取生长所需的营养。我们的数据表明，大多数共生珊瑚都可以通过这样的‘素食’来补充营养。”
科学家们还分析了印度洋岛屿周围生长的珊瑚，有些珊瑚上有海鸟，有些没有，以表明珊瑚有潜力在野外生长并以共生体为食。
兰卡斯特大学海洋生态学家尼克·格雷厄姆教授解释说：“其中一些岛屿周围的珊瑚礁获得了大量来自‘鸟粪’的营养物质，鸟粪是在岛屿上筑巢的海鸟的排泄物。在其他岛屿上，海鸟栖息地已被入侵的老鼠摧毁。因此，相关的珊瑚礁接收的营养物质较少。我们测量了有或没有密集海鸟种群的岛屿周围鹿角珊瑚群落的生长情况，发现有海鸟营养供应的珊瑚礁的生长速度是其两倍多。
“我们计算出，来自有海鸟的岛屿的珊瑚动物组织中大约一半的氮分子可以追溯到共生体的吸收以及随后转移到宿主。”
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