《《Science》新发现:石珊瑚分泌酸性蛋白合成坚硬骨骼,对抗海洋酸化》

  • 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:2017-06-19
  • 罗格斯大学的一项研究表明,石珊瑚对海洋酸化的适应能力超过预期,它们依靠蛋白质来建造坚硬的骨骼。

    罗格斯大学Paul G. Falkowski教授认为,即便因为化石燃料的燃烧,海洋变得微酸性,珊瑚依旧可在这种不利的生活条件下合成碳酸钙质骨架。第一作者Stanislas Von Euw已将这一开创性的研究成果发表在《Science》杂志上。

    研究中利用材料科学的方法和几种高科技成像方法来证明珊瑚是利用富含酸的蛋白质来合成由碳酸钙矿物组成的坚硬的骨骼。Falkowski认为,几十年来的普遍观点是错误的,珊瑚会分泌蛋白质形成骨骼,而这种蛋白是酸性的,这个发现刷新了很多人对珊瑚的认识。

    海洋酸化正在减少许多地区的碳酸钙矿物的含量,这将会使一些生物形成外壳和保护壳的能力降低。关于石珊瑚骨骼生成有两种假说:一种是通过物理和化学过程而形成,另一种是通过生物驱动过程而形成。罗格斯大学的研究人员用超高分辨率的三维成像和2D核磁共振光谱分析了萼形柱珊瑚(该石珊瑚在印度-太平洋地区很常见)。

    Falkowski表示,他们使用了一套独一无二的技术来研究珊瑚骨骼的超微结构,包括拉曼成像和光谱,以及扫描氦离子显微镜。他们发现,该石珊瑚通过生物驱动的过程来沉淀矿物质。核磁共振成像结果显示,珊瑚富含酸性蛋白质驱动纳米粒子不断增长成为晶体。酸性蛋白质在pH值为8.5到7时有活性,Falkowski表示,海洋的pH值通常为8.1或8.2,在未来的大约一个世纪里可能降至7.8,即使这样,石珊瑚依然能够顺利生成其坚硬骨骼。

    海洋酸化问题在某种程度被夸大了,石珊瑚的适应能力比此前认为的要更强。

  • 原文来源:http://mp.weixin.qq.com/s/t0BntgQhl1KQ5mBh604H7A
相关报告
  • 《珊瑚恢复力的遗传学新发现》

    • 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:2023-10-18
    • 在过去的50年里,全球珊瑚礁复原力遭受巨大打击,例如美国从佛罗里达州延伸到整个加勒比海,包括鹿角珊瑚(A.cervicornis)和榆角珊瑚(Acropora palmata)在内的分支珊瑚Acropora属经历了大范围的衰退。20世纪70年代末开始,由于海洋变暖、飓风和白带病 ,Acropora珊瑚物种发生区域性死亡。 当前,为了恢复岌岌可危的珊瑚礁生态系统,美国佛罗里达每年培育数以万计的珊瑚礁幼苗。大型珊瑚礁恢复计划预测,要在70英亩(约0.3平方公里)的礁体上恢复珊瑚覆盖率,需要外植大约十万-百万个珊瑚幼苗 。鹿角珊瑚(A. cervicornis)因其易于生长繁殖的特性,是最为常见培育物种。然而,由于全球海洋变暖、极端气候以及白带病的持续爆发,使包括佛罗里达州在内的珊瑚礁培育陷入重重困境。珊瑚白带病是一种由不明病原体导致的细菌性疾病,病理主要表现为组织坏死的白带从珊瑚底部扩展到顶部,直至珊瑚死亡,是鹿角珊瑚面临的重大威胁。 Vollmer et al.(2003) 通过传播实验和新基因组对佛罗里达(育苗珊瑚)和巴拿马(野生珊瑚)的鹿角珊瑚76个混合基因型种群进行了全基因组关联研究,确定了与疾病抗性相关的10个基因组区域和73个单核苷酸多态性(SNP),发现了导致基因蛋白质编码变化的4个抗病性SNPs。这项基因鉴定不仅提供了有效抗病途径,还有助于了解珊瑚免疫反应过程的重要信息。 大量生物分子库(omics)数据被广泛应用于珊瑚健康与疾病研究 。然而,omics在有效区分免疫反应、炎症反应及组织损伤方面存在不足。Vollmer et al.(2003)发现的控制溶酶体、囊泡运输调节以及内吞作用的基因在珊瑚疾病反应中都起着关键作用。了解这些特定基因的突变有助于提高珊瑚抗病能力,同时促进对珊瑚免疫系统的认识。 珊瑚抗病性生物标志物鉴定可引入应对白化疾病和气候风险的干预措施,推动珊瑚礁种群复原力研究,是开展恢复工作的唯一有效途径。在珊瑚健康面临深刻威胁的情况下,只注重种群的遗传多样性恢复,而忽略整合抗病性特征,是无法从根本上促进珊瑚礁生态系统可持续发展的。根据这一点,Vollmer et al.(2003)在保持遗传多样性的同时,通过遗传筛选选择出加勒比地区鹿角珊瑚抗病基因,并用于提高雀花礁植野生和苗木的抗病性研究,为鹿角珊瑚这一极度濒危物种的生存带来了希望。 抗病性与其他关键指标(如耐热性、繁殖和存活率等)的耦合关系是珊瑚礁复原力探索中的重要一环。未来,在Vollmer et al.(2003)工作的基础上,进一步探究抗病基因的可繁殖性、耐热性以及抗应激性与提高珊瑚礁恢复力相关性有待加强。当前,对鹿角鱼体内抗病性与其他指标权衡的研究还没有报道 。然而,在其他珊瑚物种中,抗病性与耐热性之间的权衡已有记录  。此外,珊瑚疾病是宿主、微生物和环境之间的复杂相互作用的结果,因此,在发现宿主的抗病性的同时,还需要考虑其他因素的贡献。尤其重要的是,要确定环境条件(如温度)如何与遗传学相互作用,从而影响其抗病性。 (熊萍 责编)
  • 《研究发现三种珊瑚可以在酸化的海洋环境下生存》

    • 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:2019-07-09
    • 珊瑚礁面临着二氧化碳增加导致的全球海水酸化的生存威胁。最近,由加州大学圣克鲁兹分校主持的一项最新研究表明:至少有三种加勒比海珊瑚物种能够在比本世纪预期的可能发生的更严重海洋酸化条件下生存和生长,尽管它们的骨骼密度低于正常水平,该研究结果已于6月26日出版的《英国皇家学会会刊B》(Proceedings of the Royal Society B)上发表。 该实验地点位于墨西哥尤卡坦半岛加勒比海岸线,这里的海水因为海底喷泉排放出低pH值的液体,使得此地区成为天然的试验区。实验为期两年,研究小组将三种遗传相同的珊瑚碎片分别移植到受泉水影响的地点和附近不受泉水影响的控制地点,然后监测珊瑚礁的生存,生长速度和其他生理特征。 论文的通讯作者Adina Paytan指出:实验的结果是珊瑚可以存活并沉积碳酸钙,但是它们的骨骼密度会降低,这意味着珊瑚礁骨架不健壮,易受到风暴破坏和生物侵蚀。 在所移植的三种珊瑚物种中,对低pH条件下表现最佳的物种是大星珊瑚(Siderastrea siderea),是一种生长缓慢的、形成大型圆顶形结构的珊瑚礁。另一种表现相似的是生长缓慢的穹顶形物种芥菜山珊瑚(Porites astreoides),但是它的存活率降低了20%。这两个物种的表现均优于快速生长的分枝珊瑚Porites porites。 本研究的共同作者、加州大学圣克鲁兹分校的生态学和进化生物学教授Donald Potts表示,移植的三种物种在整个加勒比地区都很普遍。缓慢生长的圆顶形珊瑚往往更能忍耐极端条件,它们对于建立珊瑚礁的永久性结构非常重要,它们具有在酸化条件下持久生存的潜力。并且加勒比珊瑚物种有长期的化石记录,表明它们在地球历史的重大变化中持续存在,这些现象表明这几种物种具有生存和耐受的历史。 实验还发现S. siderea和P. astreoides在低pH的位点具有较高的叶绿素浓度,表明它们的藻类共生体正在积极响应并可能增加珊瑚可用于抵抗压力的能量资源。在酸化条件下表现良好的两种生长缓慢的物种都有内部受精并育种它们的幼虫,因此它们的后代有可能立即在同一地区定居。这意味着,在不断变化的环境条件下,连续几代人有可能进行局部遗传适应。珊瑚物种在酸化条件下的存活和钙化之间的差异可能是珊瑚礁恢复工作的有用信息,甚至可能对珊瑚进行基因改造以使其具有更大的抗压性提供帮助。 尽管世界各地的珊瑚礁面临着许多威胁,但研究人员仍然保持谨慎乐观的态度,他们认为这些珊瑚比我们想象的更强大。它们有能力面对海洋的酸化,但它们需要能量来应对海洋酸化,所以我们必须尽一切努力减少其他压力因素,如营养物污染和沉淀。 (李亚清 编译) 图片源自网络