珊瑚礁正面临困境。今年4月，澳大利亚科学家报告称，大堡礁遭受了又一次大规模珊瑚白化事件——这是五年内的第三次。今年的白化事件似乎比2016年和2017年海洋热浪造成的白化事件更为广泛，那两次事件导致了整个礁石珊瑚覆盖率减半。
这种趋势在全球范围内存在，与海洋热浪的强度和频率不断增加相呼应。即使我们今天停止温室气体排放，珊瑚的未来也将充满危机，气温只需升高几度就可能摧毁大量这些生物。这就是为什么一些海洋生物学家正在寻找方法为这些生物争取时间。而一种方法可能是增强它们共生的藻类，正如《科学进展》杂志上的一项新研究所发现的。
珊瑚实际上是微小的动物，是水母和海葵的近亲——微小的息肉。构成生机勃勃的珊瑚礁基础的岩石状、分支状和色彩鲜艳的结构由成千上万的息肉分泌的坚硬碳酸钙骨骼组成。它们的颜色来自生活在其细胞中的藻类，称为虫黄藻。这些藻类不仅赋予珊瑚鲜艳的色彩，还以光合作用产生的糖的形式为它们提供食物。作为交换，珊瑚为虫黄藻提供庇护和二氧化碳。
但这种海洋伙伴关系在热浪中会破裂。当温度过高时，藻类细胞的光合作用会中断，它们会开始产生有毒的活性氧分子。藻类离开珊瑚，留下白色的骨骼——这就是珊瑚白化。如果水温过高持续时间过长，珊瑚就会饿死。
墨尔本大学的生态遗传学家 Madeleine van Oppen 正在领导一项旨在增强这种共生关系以拯救珊瑚免于此命运的项目。在新研究中，她和她的团队从一批虫黄藻中取样，并将其分成10个实验室的培养罐。在四年时间里，他们在88华氏度（约31摄氏度）的温水中培养这些藻类。在此期间，每个培养罐中的藻类经历了约120代无性繁殖。每一次细胞分裂都可能发生突变，并可能产生新的有利性状。
当研究团队将这10个实验室培育的菌株与两个野生菌株进行比较时，他们发现实验室培育的菌株在较高温度下更具抵抗力。在88华氏度（约31摄氏度）时，经高温演化的藻类细胞继续繁殖，而野生菌株则数量减少。
接下来是关键的考验：这些耐热藻类能否使珊瑚受益？团队用实验室培育和野生菌株接种了幼年珊瑚来找出答案。在所有藻类中，有三种菌株——全部来自四年的处理——在温水中与珊瑚保持了七天的共生关系，有效地提高了珊瑚的白化耐受性。“这些结果是鼓舞人心的，”夏威夷大学马诺阿分校的珊瑚生物学家 Christopher Wall 说，他没有参与这项研究。“它们表明，一些珊瑚……通过与特殊的共生伙伴结合，有潜力获得耐热性。”
当 van Oppen 对三株提高了珊瑚耐热性的藻类之一进行基因检测时，她发现了它们如何做到这一点的线索。这种藻类菌株似乎减缓了其光合作用速率，同时增加了固定二氧化碳中糖的基因的活性。van Oppen 说，在高温和强光下，当光合作用速率升高时，细胞会产生大量有毒的氧分子。“我们认为，通过提高[藻类]固定碳的速率来补偿[光合作用速率降低]，” van Oppen 说，“藻类仍然是良好的共生体——仍然具有高生产力，并能为珊瑚提供糖。”
在同一种珊瑚-藻类组合中，她发现这种演化的藻类也增强了珊瑚。Van Oppen 发现，在珊瑚中，编码耐热性的基因表达水平更高。“藻类一定释放了一些化合物，这些化合物实际上对珊瑚表达的基因有影响，”她说。“我们认为这能让珊瑚更快地应对夏季热浪。”
波士顿大学从事珊瑚礁恢复工作的海洋生物学家 Katey Lesneski 表示，这些研究结果可以帮助生物学家了解用特种藻类接种珊瑚以帮助它们度过高温期的潜力。她没有参与这项研究。“这无疑是让我们能够更好地理解这些藻类菌株在四年内经历如此进化变化的能力，以及帮助我们更好地理解珊瑚确实可以从这类菌株中受益的事实的一大飞跃，”Lesneski 说。
然而，在我们能够将实验室培育的藻类喷洒到大堡礁之前，科学家们还需要回答一些额外的问题。Lesneski 说，虽然耐热演化的藻类可以增强珊瑚的耐热性，但虫黄藻在其他方面可能更脆弱，例如对疾病的抵抗力。Van Oppen 还补充说，她的团队需要测试这种共生关系是否适用于成年珊瑚，而不仅仅是他们在实验室测试的幼年息肉。
如果一切顺利，海洋生物学家可能会获得一种新工具，帮助珊瑚礁争取时间，同时世界各国努力应对气候变化。Van Oppen 设想了大型水产养殖设施，在那里珊瑚在实验室藻类中沐浴，然后用于重新播种那些遭受热浪蹂躏的珊瑚礁。
但是，van Oppen 强调，这种方法永远无法取代解决温室气体排放问题。“如果我们不解决气候变暖问题，即使是辅助进化……这些干预措施也无法从长远上拯救珊瑚，”她说。“但我们认为，在此过渡期间，我们需要这些额外的途径……以确保在世界应对气候变暖的这个世纪里，有足够的珊瑚能够存活下来。”
