救救珊瑚讓演化跑贏氣候變暖，或許有戲？

魯斯?蓋茨（Ruth Gates）已不是第一次看到這樣的場面。上世紀八十年代末,在調查加勒比地區的珊瑚時，她注意到很多珊瑚明顯都很憔悴，顏色黯淡無光,有些還褪成了骷髏般的慘白色。

觸發這一切的，總是海洋溫度的上升。有些珊瑚對此的回應是驅逐了生活在珊瑚組織中通常為它們提供顏色和養料的藻類——蟲黃藻。（或者也許是蟲黃藻自己離開，或者是直接死去了。我們還不能完全確定。）這一過程被形象地稱為珊瑚白化。

一個大膽的計劃

但激起蓋茨好奇心的並不是那些白化的珊瑚。就在這些死氣沉沉的白色群落旁邊，卻還往往生長著另一些依舊多彩、明麗、健康的珊瑚。這才是蓋茨關注的對象。相隔不過幾厘米，兩叢珊瑚對溫度上升的反應為何會如此截然不同呢？

這其中的巨大不同最終促使蓋茨和她的老搭檔，來自澳大利亞海洋科學研究所的瑪德琳?凡?歐朋（Madeleine van Oppen），提出了一個大膽而又富有爭議的拯救珊瑚計劃。

她們想幫助珊瑚應對迅猛的氣候變化，而辦法是：人工加速珊瑚演化。

印尼極樂鳥灣的白化珊瑚。

圖片來源：Reinhard Dirscherl/Alamy Stock Photo

如果她們成功了，受益的將不僅僅是珊瑚。珊瑚為全部海洋生物的三分之一提供了物理和生態支持。這使得它們成為了生態學家所說的「關鍵種」——它們健康與否，關乎無數其他物種。

這其中也包括人類。四分之一的漁業與珊瑚礁密切相關，那裡是魚兒們繁衍生息的所在。舉例來說，在太平洋島嶼地區，人類膳食中70%的動物蛋白質來源於珊瑚礁。它們還保護著沿海的人類社區免受海嘯和海平面上升的侵害。

簡言之，我們需要珊瑚。這也是為什麼我們或許還真需要蓋茨和凡?歐朋的計劃成功。

珊瑚如此重要

而它們正在死去

全世界範圍內，珊瑚正在死去。自上世紀50年代起，據估計有19%的珊瑚已經消失了——就這麼沒了。現在，將近三分之一的造礁珊瑚物種面臨滅絕的威脅。

原因么，造成毀滅性破壞、將富饒的生態系統夷為水下不毛之地的炸藥捕魚和拖網捕魚自然有份。然而，罪魁禍首還是我們這個迅速變化的世界。

在陸地上燃燒化石燃料向大氣注入了溫室氣體二氧化碳。據一些估計，海洋不僅吸收了其中超過90%的熱量，還吸收了26%的二氧化碳——它與海水反應，生成了一種弱酸。這對於海洋生物而言無異於二連擊，而許多珊瑚的抵禦能力實在還不夠強。

溫室氣體正在酸化海洋。

圖片來源：Artur Marciniec/Alamy Stock Photo

但有些珊瑚或許比其它珊瑚更強大。雖然是固定在海床上的固著動物，但珊瑚並不離群索居——恰恰相反。

白化還在加速

珊瑚組織之中及其周邊是微生物的樂園。這其中包括在珊瑚組織中茁壯生長的藻類，它們為寄主提供了食物，以作為安樂窩的回報，另外還有豐富多樣的細菌包裹在外。

然而，所有這些合作關係並不都一樣。與不同種類的珊瑚息息相關的是無數種藻類和細菌的變化組合，各自為它們的寄主提供了不同的好處。

蓋茨和凡?歐朋想知道，她們是否能找到最有利的聯繫，幫助那些飽受折磨的珊瑚礁，在其中培養能堅持下來的珊瑚品種。「我們把生態系統逼到了極限，」蓋茨說，「現在，我們不得不使用激進的干預方式。」

來自史密森尼研究所，在夏威夷研究珊瑚的瑪麗?哈奇多恩（Mary Hagedorn）認為這是個好辦法。「我只是希望她們十年前就開始做了。到了現在，情況就像是指縫間的流沙。」

珊瑚白化並不是最近才出現的現象。在過去數百萬年間，這些淺海居民時不時就需要應對海洋變暖帶來的壓力，每次都噴出一點藻類，就好像患上了流感打噴嚏一樣。

問題不在於白化發生了，而是白化正在以前所未有的速度出現。比如，在1980年之前，白化相對而言並不為人所知。每隔幾十年，珊瑚會變得憔悴，褪成蒼白色，但隨後很快重獲自己的藻類、色彩和健康。在1980到1998年間，有記錄的局部白化現象有370次。

但在1998年，出現了第一次全球性的白化現象。有15%的珊瑚死亡。在1998年到2010年間，有超過3700次的局部白化現象。

「它們消失的速度增長了十倍，」哈奇多恩說到，「而且我們排放二氧化碳的速率也沒有減慢。如果消失速度有變化的話，也只會是繼續上升。」

去年，南太平洋的厄爾尼諾現象造成了全球性的白化現象，97%的珊瑚都受到了不同程度的影響。如果藻類不回到珊瑚身上，珊瑚就會挨餓至死。

但是，它們並非完全無藥可救。「我們低估了珊瑚的靈活性。」蓋茨說。如果有足夠的時間，珊瑚就可以適應壓力重重的環境。比如，薩摩亞群島沿海地帶的鹿角珊瑚（Acropora hyacinthus）生活的水域每天溫差可達6攝氏度，它們比來自環境穩定地區的珊瑚更抗壓——可以更長久地保住自己的藻類。

索羅門群島的鹿角珊瑚。

圖片來源：coral.aims.gov.au

為什麼會有這樣的不同？這源於它們的DNA。

超級珊瑚，

由誰打造？

即使攜帶著相同的基因，物種也可以改變激發/關閉的基因，並維持相應的時長。通過這樣的分子開關，生物體可以在其一生中適應變化的環境，而不需要改變自己的基因編碼，這被稱為表觀遺傳。比如，對薩摩亞珊瑚來說，在人們研究過的16728種基因中，其中74種的活性在溫度上升時會顯著改變。

儘管很多基因的功能尚是未知數，但某些基因產生了所謂了「熱激蛋白」，這些蛋白質可以穩定關鍵的化學過程，與其它因應激而變形的蛋白質結合，將它們扳回工作狀態。「它們就像是蛋白質界的按摩師。」斯坦福大學的史蒂夫?帕盧比（Steve Palumbi）說。

在她們的實驗室里，蓋茨和凡?歐朋正在提高從夏威夷椰樹島或者大堡礁採集來的珊瑚的溫度，試圖找到擁有有益表觀特徵的品種。但光是找到更堅韌的珊瑚還不夠，表觀變化能從親代遺傳到子代，並且能在子代的一生中保持穩定，這才是至關重要的。這一點雖然已經在植物和無脊椎動物中得到了證實，但尚未在珊瑚中發現。這正是蓋茨和凡?歐朋想要改變的。在地球兩端，她們分別將「懷孕」的珊瑚放置在模擬氣候變暖的水族箱中，然後評估表觀遺傳特徵是否被傳給了下一代。

如果可以，那麼這些代代相傳的分子就可以促成「超級珊瑚」的誕生，比起自然中的珊瑚，它們面對氣候變化時更加強悍。

目前，這個方法能否成功還沒有定論。但是，即使表觀遺傳僅局限於個體的一生，也有其他方法來拯救珊瑚。

從珊瑚的食物入手

有些與珊瑚共生的藻類可以提供更多的食物。有些更擅長促進年輕珊瑚的成長。而一些特定的藻類則格外堅強，它們在寄主承受壓力時仍然會留在珊瑚組織中。

這打開了拯救珊瑚的新大門。「如果我們選擇這些應對壓力時極其頑強的藻類，那會怎麼樣？」蓋茨問道。比如，一組被稱為D系群共生藻的藻類就包括了最抗壓的幾種。

一個問題是：珊瑚往往並不喜歡D系群共生藻。即使D系群共生藻能產生更穩定的共生關係，帶來長期收益，但是許多珊瑚仍然更喜歡C系群共生藻，因為C系群共生藻是更好的食物工廠。珊瑚目光短淺；眼前更多的食物要好過更長壽的可能性。

凡?歐朋致力於讓珊瑚兩樣兼得：讓最棒的食物工廠更耐壓。前提很簡單：將C系群共生藻置於高溫酸性環境中，然後只培養存活下來或者茁壯成長的個體。通過不斷重複這個過程——培養勝利者，濾掉失敗者——藻類中任何帶來抗壓性狀的突變都可以遺傳下去，並且穩定下來。

這就是典型的人工選擇，一個已經被我們使用了上千年的手段。這種方法著實高效，可以把讓人倒胃口的雜草變成目前已知最有價值的糧食作物，也可以把兇猛的狼變成汪汪叫的西高地?和萌萌的拉布拉多。

玉米曾經是一種被稱為「類蜀黍」的雜草，而西紅柿也曾經是一種比現在小得多的漿果，至於香蕉的野生祖先則充滿了種子……

但人工選擇能將C系群共生藻變成珊瑚的長期搭檔嗎？現階段的結果很樂觀。「我們的初步結果表明，這是個非常好的辦法。」凡?歐朋說，「我們不知道這些變化是基因層面的還是表觀遺傳層面的，但重要的是這些性狀是穩定的。」

這些都是發生在珊瑚內部的事情。但是，除了藻類居民，珊瑚表面還覆蓋著一層滿是細菌的黏液。「珊瑚就像是翻過來的人類消化道。」蓋茨說，「這些微生物既可以為你服務，也可以取你性命。」

通過給珊瑚幼蟲接種不同的細菌菌落，蓋茨和凡?歐朋希望能找出哪些群落最適合升高的溫度和酸度。該如何幫助四千多種生理習性和青睞的微生物居民各不相同的硬珊瑚呢？

儘管珊瑚高度多樣化，但是它們可以被分為5或者6個組別，又稱為生態型，每個生態型都有相似的生物特徵。有的生態型生長迅速。另一些可能需要幾十年才能在珊瑚礁上安頓下來。有的會形成纖巧的分叉，向光源伸展。很多其他生態型看起來則像是介於活過來的石頭和一坨大腦之間的存在。

「腦珊瑚」是對蜂巢珊瑚科的俗稱。

圖片來源：Wolfang Poelzer/Alamy Stock Photo

蓋茨和凡?歐朋採取了廣撒網的策略，對每種生態型進行了採樣，每個生態型都至少有一個代表，這樣，她們就可以評估哪種治療方法對它們各自不同的生物特徵有效。

「如果我們可以明白每種生態型對我們採取的每種手段作何反應，這便能幫助我們將其應用到別的地方。」蓋茨說，「理論上，每種生態型裡面的物種應該有一樣的表現。」比如，一種生態型可能對特定的藻類移植反應十分積極，其它或許會從在它們的微生物群中添加某種細菌獲益良多。

這個方案並非無懈可擊；每種珊瑚可能都有自己特定的偏好。但這是我們解決這個嚴峻問題最好最快的方案。

扮演上帝

還是生死一搏？

自然地，幫助野生動物演化充滿爭議。雖然沒有基因工程那樣的污名，但是這兩種方式都可能會被形容為「扮演上帝」。每種珊瑚都會帶上人類協助的印記。「很多人認為這樣做大逆不道，因為他們喜歡認為海洋是野生狀態的。」哈奇多恩說，「但是我們的野生公園和漁業就是這樣（通過幫助野生物種演化）運作的。」

並且，如果你好好想想的話，「協助演化」並沒有那麼不自然。

「我們所做的就是自然在做的事，」蓋茨說，「只是試圖把它加快一點，讓珊瑚跟上環境變化的速度。而且，我們想看看究竟可以將這種演化推進到什麼程度，因為，說實話，我們已經將地球推到了變暖加速的境地。」

與此同時，其它批評稱這些措施如經實踐，會減少珊瑚的多樣性。只有非常強悍的珊瑚可以存活，這樣的珊瑚礁僅是昔日珊瑚礁不足道的片影。

「我同意。」蓋茨說，「但是你同樣應該考慮我們什麼都不做的下場。」一個生物多樣性降低了的珊瑚礁總好過什麼珊瑚礁都沒有，特別是考慮到珊瑚帶來的益處。

這個沒有珊瑚存在的反烏托邦世界將會面臨大範圍的枯竭。海洋生物和漁業崩潰。面對裹挾著颶風的海浪和海嘯，我們將不再有自然防禦。島嶼被海水淹沒，帶來土地流失，使越來越多的生態難民只能尋找新的棲身之所。「大局如此。」蓋茨說，「這是製造災難的配方。」

澳大利亞大堡礁的白化珊瑚；如果珊瑚礁真的盡數消失，將為全球帶去巨大的生態和經濟災難。圖片來源：desdemonadespair.net

簡單地隔離受損的珊瑚可以緩解人類居住活動和漁業帶來的一些壓力。在過去，海洋保護區——國家公園的海洋版本——就採取過這樣的措施，但海洋保護區並不能從珊瑚生活著的、不斷變化的海洋手中保護它們。

蓋茨和凡?歐朋也許只能為珊瑚提供一個生死一搏的機會。「如果我們能幫上忙，那就應該幫忙。」蓋茨說，「我希望在處理減少化石能源燒采這個大問題的同時，也能看到珊瑚礁從衰退中掙脫出來。

作者：Alex Riley 編譯：莘莘深

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