科学家们可能终于知道了为什么这些壮观的珊瑚能在黑暗中发光

发光珊瑚,发光。
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造礁珊瑚Lobophyllia hemprichii 口部区域的荧光。其光转换蛋白色素的橙红色荧光增强了含有光合共生体的组织内的光穿透。J. Wiedenmann
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造礁珊瑚Lobophyllia hemprichii 的橙红色荧光光转换蛋白色素增强了含有光合共生体的组织内的光穿透。J. Wiedenmann

在浅水区,珊瑚鲜艳的粉红色、夺目的红色和耀眼的橙色可以起到防晒霜的作用。荧光色素保护珊瑚的虫黄藻——珊瑚赖以生存的共生藻类——免受过多阳光的照射。但为什么深海珊瑚,它们居住的地方远离太阳最强烈的照射,却要和它们浅水区的表亲一样拥有如此鲜艳的颜色呢?

长期以来,研究人员都不确定。但周三发布在《英国皇家学会学报 B》上的一项研究可能会对此有所启发。研究表明,虽然地表珊瑚利用颜色来帮助阻挡阳光,但它们的深海表亲实际上可能利用颜色将光转化为虫黄藻更容易利用的形式。

任何浮潜过的人都知道,在深处颜色看起来不一样;水是一种天然的光过滤器。事实上,海洋的蓝宝石色调是由于它倾向于吸收光谱中红色部分的光。水像过滤器一样去除红光,留下光谱中的蓝光供我们观看。

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造礁珊瑚Echinophyllia sp 的荧光。其光转换蛋白色素的橙红色荧光增强了含有光合共生体的组织内的光穿透。E. Smith

然而,问题是蓝光不像红光那样能有效地刺激光合作用。虽然珊瑚不进行光合作用,但寄居在它们体内的虫黄藻却进行光合作用。珊瑚的能量需求高达 90% 都依赖于虫黄藻光合作用的产物。珊瑚的生存完全依赖于藻类的生存,这意味着光合作用必须发生。

通过分析不同颜色的光在致密的虫黄藻层中的传播效果,来自英国南安普顿大学、埃拉特大学海洋科学学院以及海法大学的研究人员能够确定,深海珊瑚会产生一种特殊的荧光蛋白,它能捕获蓝光并将其重新发射为橙红色光。橙红色光可以更深地穿透珊瑚组织,这相当于让珊瑚“喂食”虫黄藻它所需的光。

为了帮助证实他们的发现,他们在水族箱中将亮红色的荧光珊瑚和类似的但未着色的珊瑚暴露在模拟的深海水光环境中。从长远来看,红色珊瑚比未着色的珊瑚生存得更好。

南安普顿大学珊瑚礁实验室主任 Jörg Wiedenmann 教授说:“这是理解珊瑚中神秘荧光色素如何工作的重要一步。我们的发现有助于我们理解各种珊瑚颜色是如何构成珊瑚礁群落的。”

研究中发现的深红色荧光蛋白不仅有助于珊瑚生存,在医学研究中也很有用。单个的人类蛋白质细胞太小,我们肉眼看不到,但用荧光蛋白标记它们有助于科学家观察它们的工作状态。通过照亮细胞,荧光蛋白帮助研究人员追踪艾滋病等疾病,并确认癌细胞的存在。2008 年,Martin Chalfie、Osamu Shimomura 和 Roger Tsien 因从水母Aequorea victoria 中分离出绿色荧光蛋白(GFP)的发现和开发而获得诺贝尔化学奖。然而,GFP 也有其局限性——这就是为什么科学家们仍在继续寻找可能对医学研究有用 的新形式。

但随着珊瑚礁——以及整个海洋环境——面临来自气候变化的日益增长的威胁,在我们消失之前能否找到那些有用的蛋白质这个问题变得越来越重要。毕竟,Shimomura 和他的同事花了四十多年的时间才分离出 GFP。

 

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