白化的珊瑚礁又變成了彩色?珊瑚:保命而已

2020-11-23 澎湃新聞

原創 李珩 我是科學家iScientist

五彩斑斕的珊瑚是海洋中美麗的風景線，也是海洋環境的風向標。當海洋環境發生變化，珊瑚的生存環境受到威脅時，彩色就會轉為枯骨般的白色。

這就是珊瑚白化現象。

正常珊瑚（左）和白化珊瑚（右） | 參考文獻[1]

珊瑚為什麼會白化？

珊瑚為什麼會白化？

為了解答這個問題，先要了解珊瑚顏色的本質。它們看上去像是海底的植物，實際上是由腔腸動物珊瑚蟲構成的集合體。新的珊瑚蟲在先輩們的遺骨堆上生長，分泌出碳酸鈣作為外殼；長大了之後不斷繁殖，珊瑚的枝丫也就越來越茂盛。

因此，珊瑚體本身呈碳酸鈣的白色。而我們看到的珊瑚色彩，來自寄生在珊瑚身上的共生藻類。這些藻類可以進行光合作用，為珊瑚提供養分。

多彩的珊瑚 | Wikipedia，Richard Ling / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

當海洋環境變化，比如海水溫度上升，或者養分缺乏，就有可能破壞珊瑚和藻類的共生關係。藻類離開珊瑚體，珊瑚也失去了藻類帶有的色素。原本可以被共生藻色素吸收的光，照射到珊瑚本體上，都被反向散射出去，因此使珊瑚呈現出枯骨般慘白的顏色，形成了白化。

如果白化的珊瑚不能儘快修復與共生藻類的關係，就會失去養分來源，最終走向死亡。

但是，2020年5月發表在《當代生物學》上的一項研究中，來自英國南安普頓大學的埃琳娜·博拉蒂（Elena Bollati）團隊發現了一個神奇的現象：一些因生存環境惡劣而白化的珊瑚，竟然呈現也了斑斕的色彩。

2010~2019年期間，全球多地發現了具有豐富色彩的白化珊瑚 | 參考文獻[3]

不是白化嗎？怎麼又變色了？

在損失了藻類的情況下，珊瑚上斑斕的色彩似乎只剩一個來源——珊瑚本體。可是，原本是白色的珊瑚怎樣才能產生五彩斑斕的顏色呢？

科學家們做了一個假設：隨著溫度升高，珊瑚上共生藻類減少，原本能被藻類色素吸收的光，照射到了珊瑚的外殼上。為了避免被大量的光灼傷，珊瑚會產生螢光蛋白和色素蛋白，用於產生色素，吸收部分光線。這些色素最終讓珊瑚展現出繽紛的色彩。就好比我們在太陽底下曬久了，為了防止曬傷，會產生黑色素吸收紫外線，於是就曬黑了。

一些呈現彩色的白化珊瑚 | 參考文獻[3]

為了證明這個假設，科學家們利用聚焦的紅光（這個波長只會誘發珊瑚白化，不會使其產生綠色螢光蛋白）促使地衣微孔珊瑚（Porites lichen）白化，之後分別照射低能量的綠光和高能量的藍光，觀察有沒有色素生成。

在照射紅光前，健康珊瑚沒有呈現螢光色，也就是說沒有產生色素：

珊瑚的色素水平變化過程：白化第0天 | 參考文獻[3]

照射紅光11天後，可以明顯看到珊瑚顏色褪去，發生了白化。

珊瑚的色素水平變化過程：白化第11天 | 參考文獻[3]

接下來，科學家使白化了的珊瑚，分別暴露在綠光和藍光中。29天後，綠光照射後的珊瑚沒有明顯變化，但是能量更高的藍光照射後，白化的珊瑚呈現出了明顯的螢光色。

珊瑚的色素水平變化過程：白化第29天 | 參考文獻[3]

這說明，白化的珊瑚在高能量的光射下，確實會發動自身「潛能」，自己給自己加點顏色。

除了溫度升高，其他生成壓力導致的珊瑚白化，會不會也進一步讓珊瑚產生色素，最後變色呢？

科學家將珊瑚分為兩組，讓它們都生活在適宜的水溫中，其中一組能獲得充分食物，而另一組將要忍受飢餓。按照預想，養分不足的珊瑚出現了因藻體離開導致的白化現象。6周後，白化了的珊瑚產生了螢光色素。

也就是說，無論導致白化的原因是什麼，隨白化而來的高能量陽光照射，才是珊瑚變色的原因。

在營養充足和營養不平衡的情況下，珊瑚發生的顏色變化 | 參考文獻[3]

變色，為了保命

變色對珊瑚有什麼好處？

科學家們發現一個有意思的現象：巴拿馬的孔珊瑚白化事件中，白化後又呈現鮮豔藍綠色的珊瑚，存活率相當高。

於是，他們推測，「變成彩色」或許是珊瑚的一種自我保護。

健康珊瑚表面有共生的藻類，可以吸收絕大部分太陽直射光，內部的藍光通量很低，不足以積累色素，所以珊瑚的表層細胞不需要光保護色素，為白色。

葉形表孔珊瑚的健康狀態，棕色圓圈代表共生藻類 | 參考文獻[3]

白化後，珊瑚失去了共生藻類的保護，強光直射在珊瑚體表，產生了高強度的散射光和反射光，增強的藍光迫使珊瑚自身產生了大量的色素保護自己，這些色素給珊瑚重新帶來了斑斕的色彩。

葉形表孔珊瑚從白化狀態（左）到彩色狀態（右） | 參考文獻[3]

一方面，色素降低了強光的反射和散射，另一方面，珊瑚內部光通量減少，又正好再次適宜共生藻居住，藻類得以慢慢回到珊瑚中，重新建立起共生關係，給珊瑚提供營養，還會吸收藍光。因此珊瑚不用再產生色素保護自己，又變回了最初樸素的樣子。

葉形表孔珊瑚恢復後的狀態 | 參考文獻[3]

在這樣一圈巧妙的光反饋迴路下，珊瑚變色是它們對極端環境做出的應激反應，使自己能更好地適應變化的環境，努力度過生存的難關。

孔珊瑚（A）和鹿角珊瑚（D）的白化-變色經歷 | 參考文獻[3]

但並不是所有變成彩色的珊瑚都能成功度過危機，如果海洋環境持續惡化，海洋溫度持續上升，這些珊瑚長期不能恢復和藻類的共生關係，最終還是會因為營養不足而死亡。

在人類看來，珊瑚變成彩色，恢復了鮮豔美麗的模樣，但對珊瑚來說，更像是用盡力量面對生存危機，做著最後的抵抗啊……

猜猜看，珊瑚礁大概養育了多少海洋生物？

A.5%

C.50%

B.25%

D.75%

點擊空白處查看答案

B 25%。珊瑚礁的面積不到全球海洋0.2%，卻養育了海洋中約四分之一的生物。

作者名片

作者：李珩

編輯：悲催的鉈寶寶 範可鑫

排版：雷穎

題圖來源：參考文獻[3]

參考文獻：

[1]https://en.m.wikipedia.org/wiki/Coral_bleaching

[2]https://www.iflscience.com/environment/sometimes-stressed-corals-become-even-more-colorful/

[3]Bollati et al., Optical Feedback Loop Involving Dinoflagellate Symbiont and Scleractinian Host Drives Colorful Coral Bleaching, Current Biology (2020),https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.055

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原標題：《白化的珊瑚礁又變成了彩色？珊瑚：保命而已》

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