科学家破解深海珊瑚发光之谜

生物体使用荧光蛋白进行光合作用

在深海珊瑚中发现的一种蛋白质可以帮助生物体在低光的栖息地进行光合作用。

图片来源：E. Smith

本报讯研究人员已经找到了深海珊瑚发出奇异光芒的原因——帮助它们的藻类进行光合作用。

科学家早就知道，在浅水中，这种生物体会发出绿光，而这是通过将荧光蛋白质作为一种“防晒霜”所形成的。这些蛋白质能够吸收有害的紫外线并重新释放出绿光，同时保护与它们共生的藻类——这些藻类通过光合作用提供了珊瑚生长所需的大部分能量。

2015年，一个由英国南安普敦大学Jorg Wiedenmann领导的研究团队发现，栖息在海洋深处的珊瑚也会发出荧光，这一次是一些鲜艳的黄色、橙色和红色光线的集合。其中一些生物生活在水下165米的深处，只有很少的阳光能够照射到这里，并且大部分光线位于光谱的蓝色区域。因此，研究人员怀疑这些珊瑚发光可能另有原因。

现在，Wiedenmann认为他的团队已经找到了答案——深海珊瑚利用一种荧光蛋白最大限度地制造少量光线以供栖息在这里的藻类进行光合作用。换句话说，深海珊瑚和它们的浅海亲戚出于相反的原因而发出了荧光。

研究表明，蓝光对于光合作用更有用，但红光更能穿透到珊瑚的组织中。因此，珊瑚使用一种红色的荧光蛋白将蓝光转换成橘红色光的波长。这就意味着此类光线能够接触到更多的生物体共生藻类，从而帮助珊瑚通过光合作用生成尽可能多的养分以供生存。科学家的这一研究成果日前发表在英国《皇家学会学报B》上。（论文链接）

Wiedenmann指出：“为了对自身至关重要的光合作用伙伴的利益，珊瑚需要特殊的功能来调节这些低光照度的生活。”他说，这一发现“显示了珊瑚和它们的海藻伴侣之间的共生关系是多么的复杂”。

当前，由于海水温度上升引发的一系列白化事件，研究人员非常担心全球珊瑚的命运。一些海洋科学家认为，压力下的浅水珊瑚可以适应并在更深的水域中寻求庇护。

然而Wiedenmann认为，这项研究表明，浅水珊瑚表达的蛋白质色素与其深水亲戚所表达的蛋白质在“生物化学和光学上是不同的”。“它们当中没有多少珊瑚有能力逃到更深的水域。”Wiedenmann说，“我们需要确保浅水里的珊瑚能够适合那里的环境。”

研究表明，当温度较高的海水导致珊瑚礁排出名为虫黄藻的共生藻类时，白化现象便发生了。而虫黄藻能够利用光合作用产生自己及其寄主所需的养分。失去彩色藻类的珊瑚逐渐变为白色，也就是人们所说的白化。一旦海水的温度在几天或几周内下降，这些共生藻类还会回来。然而如果白化现象持续下去，等待珊瑚礁的便只有死亡。

研究人员预测，如果二氧化碳排放量继续上升，白化事件的间隔将越来越短。然而即使二氧化碳排放受到限制，珊瑚礁仍将面临来自气候变化的挑战。《巴黎协定》设定的目标是将全球平均增温水平控制在不高于工业化前水平2摄氏度的范围内，同时呼吁努力将升温控制在1.5摄氏度范围内。之前的研究表明，任何增温大于1.5摄氏度的情况都有可能导致绝大多数珊瑚礁的严重退化。不过，限制大气温度的上升至少会留给珊瑚礁一些时间去适应。

目前全球正处于一个非同寻常的长期厄尔尼诺过程中，这种气候现象能够加热赤道太平洋海域，进而影响全球天气。如今在全球变暖的驱动下，厄尔尼诺现象一直在促使全球的珊瑚礁进入危险区域。

研究人员指出，目前在全球所有近海海域，珊瑚礁的健康水平每况愈下。之前的全球性研究已然表明，主要的珊瑚礁系统正在更加缓慢地钙化，此举旨在建立它们的石质骨骼。其中一项研究显示，澳大利亚沿岸大堡礁的生长速度在过去30年中下降了40%。（赵熙熙）