種珊瑚:在海底「植樹造林」--中國數字科技館

2021-01-10 中國科學技術館

  珊瑚礁堪稱地球上最複雜、生物種類最豐富的物種資源寶庫,被譽為海底的「熱帶雨林」。據統計,珊瑚礁的覆蓋面積不到海底的千分之二,卻生活著2500種魚類、約700種造礁珊瑚,以及種類還在不斷增加的無脊椎動物。我們常常被那些漂亮的珊瑚礁魚類吸引,而忽略了默默無言、巋然不動的珊瑚——它們才是這片美麗的生態系統的締造者。

  珊瑚可以分為兩大類:

  一類為造礁珊瑚,又稱石珊瑚,體內有共生的蟲黃藻,這類珊瑚生活在陽光充足的淺水海域,其碳酸鈣外骨骼能形成礁石;另一類是非造礁珊瑚,沒有蟲黃藻共生,大部分生活在較深的海域,很少有鈣化骨骼,不能造礁。我們這裡所說的「種珊瑚」,涉及到的是造礁珊瑚。

  珊瑚蟲是珊瑚的基本單元,它們伸展時就像開在「珊瑚樹」上的花朵,收縮時則埋在骨骼中,幾乎看不出來。它們的形態很簡單,上半部是一圈圍繞著口的觸手,下半部像個圓筒,中間是消化腔。雖然結構簡單,但不同種類的珊瑚蟲顏色變化多端,大小也從1毫米到幾釐米不等。

  珊瑚蟲能通過出芽生殖的方式產生更多個體,彼此之間以共肉組織(珊瑚蟲分裂之後,彼此並不分開,而是像連體嬰兒一樣連在一起,這些聯結的組織就稱為「共肉組織」)和碳酸鈣骨骼聯結成珊瑚群體。經過幾十年、數百年的「複製」和生長,珊瑚群體可以形成面積可觀的珊瑚礁。

  珊瑚也可以進行有性繁殖(上文提到的出芽生殖屬於無性繁殖)。在繁殖季節,許多種類的珊瑚會排出卵子和精子,二者結合成的受精卵會附著在珊瑚礁底質上繼續生長。這是珊瑚散播的重要方式,也是它們遠距離散播的唯一途徑。

  誰在破壞珊瑚礁?

  美麗的東西往往十分脆弱,珊瑚礁也是如此。珊瑚對生存環境的要求其實十分苛刻,它們最適宜生長的水溫在23攝氏度到27攝氏度之間,不能太低也不能太高,並且要求陽光充足、鹽度穩定、水質清澈。

  珊瑚礁被破壞早已不是新鮮的話題。從全球範圍來看,近幾十年來,大氣中二氧化碳濃度的升高,至少給珊瑚礁生態系統帶來了兩個嚴重後果:一是,二氧化碳會引起溫室效應,使全球氣溫升高,進而引起珊瑚白化(珊瑚在環境不適宜的情況下排出或失去蟲黃藻,變得蒼白的現象)、死亡;二是,二氧化碳進入海洋後使海水酸化,這會導致珊瑚形成碳酸鈣骨骼的難度增大,嚴重時珊瑚甚至無法存活。此外,氣候變化引起的颱風、海嘯等自然災害發生頻率的增加,也會使珊瑚礁受到暫時性的破壞。

  氣候變暖和海水酸化或許還只是間接的威脅,近海地區的開發、汙染、富營養化等才是珊瑚礁最直接的破壞者。一方面海水汙染會增加珊瑚的疾病發病率,而生病的珊瑚礁很有可能退化甚至消失。另一方面,人類大量採挖珊瑚用作觀賞和建築材料,或進行破壞性的漁業作業,也會造成珊瑚礁的損毀。如果珊瑚礁損毀、破碎,珊瑚幼蟲就會缺乏可以固著的地方,難以存活和成長;另外,在海浪的作用下,海底碎屑還有可能碰撞或覆蓋倖存的珊瑚,這也會造成珊瑚的死亡。

  珊瑚還會面臨敵害的威脅,比如長棘海星、鸚嘴魚等動物會直接以珊瑚蟲為食。長棘海星可以說是珊瑚的頭號煩惱,由於這傢伙的天敵——大法螺數量的減少,長棘海星在一些海區泛濫成災,大量啃食珊瑚蟲,留下累累「白骨」。

  珊瑚礁中的許多魚類和無脊椎動物以藻類為食,這些小動物數量的降低會導致藻類生長旺盛,而藻類會與珊瑚蟲競爭食物,進而影響珊瑚的恢復。在一些海區,原本以珊瑚為主要物種的健康珊瑚礁退化成了以藻類為主要物種的珊瑚礁。

  在海底「植樹造林」

  面對珊瑚礁退化的嚴峻形勢,科學家們想出了一個很巧妙的方法——種珊瑚。就像在陸地上植樹造林一樣,首先培育幼苗,等幼苗在苗圃中長成小樹後再移植到要種的地方。但珊瑚不是植物,而種珊瑚也遠比植樹造林複雜得多,困難得多。

  那麼,珊瑚要怎麼種呢?珊瑚礁的恢復有賴於造礁珊瑚數量的增加。首先,我們要了解珊瑚礁的自然恢復能力,如果發現珊瑚礁自然恢復能力不足,就需要人為增加造礁珊瑚的數量。種珊瑚主要包括三個方面的工作:補充珊瑚幼蟲,培育珊瑚成體,最終將珊瑚移植到需要的地方。

  每到珊瑚繁殖的季節,研究人員就會在海底連續蹲守好幾天,收集珊瑚受精卵,用來研究人工條件下的珊瑚受精卵培育和幼體增殖技術。珊瑚受精卵經過1周左右的時間會發育成具有遊動能力的浮浪幼蟲,它們能夠在海水中存活數周至數月之久。此時,我們可以把這些幼蟲放流到退化了的珊瑚礁上,以提高珊瑚的恢復速度。

  另外,研究人員也可以將最先發育成浮浪幼蟲的個體轉移到養殖缸內,並放入可以

  讓它們附著的物體。在隨後的1周裡,珊瑚浮浪幼蟲逐漸附著在物體表面,變態發育成為固著生活的珊瑚幼體。等珊瑚幼體生長到一定大小後,再將它們放歸到需要修復的海區,這樣它們成活的可能性就會提高很多。

  我們還可以利用珊瑚的無性繁殖來進行人工培育。科學家們將珊瑚切成手指大小的斷枝,經過培植後再讓它們附著到選定海域的人工礁體上。珊瑚斷枝就像一棵棵嬌小的幼苗,如果直接種在海床上,珊瑚斷枝會受到沉積物、水流衝刷等因素影響而難以成活,所以要等到珊瑚斷枝長大之後,再移植到需要修復的海床上。要種幼苗,首先得開闢苗圃。科學家們通常選擇沙地作為珊瑚苗圃的搭建地,因為這樣的地形便於施工,並且苗圃建立在沙地上,距離珊瑚礁有一定距離,可減少生活在珊瑚礁上的敵害生物(如核果螺、長棘海星等)對珊瑚斷枝的攝食,也降低了珊瑚斷枝受患病珊瑚感染的風險。

  人工珊瑚苗圃主要有三種形式:一是把珊瑚斷枝綁在繩上,懸掛在水中,形成「珊瑚樹」;二是拉起一張網,做成浮床,把珊瑚斷枝固定在浮床上;最後一種是在海底設置鐵架,在鐵架上培植珊瑚斷枝。

  此外,我們還可以直接在人工礁體上培植珊瑚斷枝。科學家們用水下膠把珊瑚斷枝固定在人工礁體上,使它們在自然條件下生長、增殖。這種方法能夠減少風浪對珊瑚的影響。

  幼苗長大之後,就可以開始移植工作了。退化的珊瑚礁底質往往鬆散、破碎,所以我們需要先鋪設塑料網固定底質,再在網上放置人工礁體。這些網的網孔不能太大,否則不利於固定底部碎屑;也不能太小,以便小型魚類和小型無脊椎動物進出,利於它們取食藻類,維護珊瑚礁底質的清潔。固定好底質之後,科學家利用水下鑽孔等方法,將珊瑚斷枝固定在珊瑚礁底質上。

  種珊瑚的工作並沒有到此結束。科學家們的目標是恢復整個珊瑚礁生態系統,因此不僅要種珊瑚,還要培育海藻、海草、貝類、魚類等其他生物,使它們和諧共生。在我國南海,科學家們已經成功種植了約十萬平方米的珊瑚,珊瑚斷枝成活率達75%。通過種珊瑚來恢復珊瑚礁生態系統,其實只是一種亡羊補牢的手段。珊瑚的生長速度很慢,最快的一年能長10釐米,慢的一年生長量不到1釐米。要想扭轉珊瑚礁退化的趨勢,還需要更長時間和更多人的努力。

本文來自《奇趣百科·動物故事》

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