《气候变暖环境下大型藻类群落向珊瑚群落演变》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: mall
  • 发布时间:2018-09-11
  • 珊瑚和大型藻类群落受到全球气候变化的威胁,其栖息地的全球退化可能会对生物多样性、生态功能和海洋资源产生巨大的影响。然而,最近针对暖温带地区的研究发现,生物群落从温带大型藻类群落转变为热带珊瑚群落,既揭示了全球气候变暖环境下珊瑚潜在的自我保护机制,又说明大型藻类群落被变暖的气候所淘汰。虽然这种群落的转变在地理空间上正在扩大,但我们对于转变过程的理解仍然十分有限。

    Naoki H. Kumagai等人 重建了从1950年到2015年45种大型藻类、珊瑚和食草鱼类的长期气候驱动空间变化,范围包括从热带到亚北极地区的日本列岛,横跨3000公里。结果发现,海洋变暖正在促进大型藻类向珊瑚的转变,这种转变是由于在主要的极向流动系统的推动下,促使热带珊瑚和食草鱼类扩散到现有的温带大型藻类群落中。此外,研究结果还证明了气候变暖与外部力量之间的相互作用对海洋流体等生物体的扩散产生的重要作用,催生群落层面的反应,同时伴随着生态系统结构和功能的变化。

    此外,我们发现,随着未来气候变暖,从大型藻类群落向珊瑚群落的转变可能会加速,并影响群落的长期稳定性,这凸显了在未来气候变化下这些不断发展的群落的复杂性。我们的研究结果强调了气候变化范围的复杂性,并预测物种目前的膨胀速度快于收缩的瞬态动态,从而增加了分布范围。未来可能需要针对气候变化进行更积极的管理来保护这些群落。

    (傅圆圆 编译)

  • 原文来源:http://www.pnas.org/content/early/2018/08/14/1716826115
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    • 编译者:liguiju
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    • 在最佳条件和海洋温度上升的情况下,是什么因素决定了藻类成功作为珊瑚宿主的“租户”?维林顿维多利亚大学领导的一个专家团队,包括卡内基大学的Arthur Grossman,对这个问题进行了调查。 珊瑚是一种海洋无脊椎动物,它们拥有巨大的外骨骼,并以此为基础建造色彩斑斓的珊瑚礁。但是,这种珊瑚礁的形成之所以成为可能,只是因为珊瑚与生活在珊瑚虫细胞内的各种称为鞭毛藻的单细胞藻类之间存在一种互利的关系。这些藻类是光合作用的,这意味着它们可以像植物一样将太阳能转化为食物形式的化学能。藻类合成的许多光合作用产生的营养物质作为珊瑚寄主的食物,而寄主反过来又为藻类提供必需的无机营养物质,包括二氧化碳、铵态氮和磷酸盐。然而,由于气候变化导致的海洋变暖使许多珊瑚失去它们的原生藻类租户,以及它们提供的营养(一种被称为漂白的现象)。如果被漂白的珊瑚没有被新的藻类租户重新殖民,它可能会死亡。 有些鞭毛藻与多种珊瑚形成共生关系,有些则更为特殊。Grossman提到,他们有兴趣了解维持这些优先关系的细胞过程。即使这种关系不那么有效,更耐热、更不受欢迎的藻类是否有可能恢复漂白珊瑚群落。其他生物,如海葵,与珊瑚属于同一门,称为刺胞动物;它们也是寄生藻类,但更容易研究。研究人员分析了一种名为苍白球的海葵,由两种不同的鞭毛藻属组成时细胞功能的差异,种是本地的,极易发生热漂白;另一种是非本地的,但更耐热。在这项研究中,他们希望阐明能够改善海葵与其原生藻类之间营养交换的蛋白质,以及海葵在宿主非原生耐热藻类时,其受到损害的原因。研究小组发现,生长在本地海藻中的海葵表达了与有机氮和脂类代谢相关的蛋白质水平升高,而有机氮和脂类代谢是海藻光合作用的结果,可以有效地合成营养物质。这些海葵还合成了一种叫做NPC2-d的蛋白质,这种蛋白质被认为是刺胞动物吸收藻类并将其识别为共生伙伴的关键。相比之下,海葵与非本地租户表达的蛋白与应激相关,这可能反映了两个生物体代谢的不太理想的整合。 Grossman总结道,他们的发现为今后的研究打开了大门,这些研究旨在确定关键蛋白质和细胞机制,这些蛋白质和细胞机制参与维持藻类及其刺胞动物宿主之间的牢固关系,以及生物体的新陈代谢是如何整合在一起的。 (杨皓月 编译) 图片源自网络
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    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2021-02-20
    • 珊瑚礁与生活在其组织中的藻类有着独特的共生关系,因此珊瑚礁在浅海环境中已经繁荣发展了数百万年。这种共生关系表现在,珊瑚为藻类提供了避风港和二氧化碳,而藻类则通过光合作用为珊瑚提供食物和氧气。 卡尔·沃斯基因组生物学研究所(Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, IGB)的研究人员利用加勒比海南部的Orbicella annularis和Orbicella faveolate珊瑚,可视化和跟踪了在全球逐年变暖和海水不断加深的情况下,珊瑚与藻类的共生关系。这项研究成果已发表在《科学报告》(Scientific Reports)。 这项研究的第一作者、IGB核心设施主任助理Mayandi Sivaguru认为,珊瑚是地球上最具复原力的生物之一。它经受了冰期、间冰期以及地质历史上地球气候演变的各个时期所带来的考验,并顽强地存活了下来。尽管它们遭受着长期的风化破坏作用,但珊瑚礁对气候和环境的超强敏感性,可以作为气候变化和海洋健康的指标。例如,当海水表面温度或海水酸度增加时,珊瑚会发生白化现象(从绿色转变为白色,意味着珊瑚的死亡)。要了解为什么会发生白化作用,重要的一点是可视化珊瑚与藻类之间的相互作用关系。 以前,研究人员必须剥去珊瑚皮,然后将样品放入搅拌器中,以研究其与藻类共生关系。此次研究改用非侵入性技术,他们在珊瑚礁上收集小样本珊瑚,通过光子显微镜对其进行观察。利用光子显微镜能够观察其三维结构,并确定存在藻类和其他生物分子的数量。这种非侵入性技术使研究人员能够观察到珊瑚的原始生长结构。 研究人员使用这种方法对两种环境中的共生体进行了比较研究。第一种样品取自是从浅层到深层的海水环境中,第二种样品则是取自海水表面温度的从暖到冷的季节性变化之间。Sivaguru提到,除了分析珊瑚共生体数量之外,他们还同时追踪了珊瑚产生的粘液和生物分子的变化,其中一些物质是天然的防晒霜。 论文共同作者Lauren Todorov提到,研究表明浅水珊瑚的藻类浓度较低,并产生较高水平色谱的生物分子,这些生物分子可保护藻类免受阳光的损害;另一方面,研究人员在深水珊瑚中发现了相反的模式,这些珊瑚接收的阳光较少,因此需要更多的藻类才能满足光合需求。在季节性海平面温度变化期间,较暖的水导致粘液产生和藻类浓度降低,但光合作用和珊瑚骨骼生长增加。相反,凉水引起相反的效果。 她还提到,结合这项研究结果以确定在水、微生物、活生物体和岩石之间发现的生物矿化作用的普遍机制。这项研究使他们对珊瑚系统有了全面的了解,并与温泉、罗马水道(roman aqueducts)甚至人类肾结石等其他系统的层状岩石形成联系起来。(李桂菊 编译)