科学家揭示珊瑚的高温驯化适应机制 让“适者生存”加速上演,为珊瑚提供应对气候变化路径******
科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径。尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
——江雷 中国科学院南海海洋研究所助理研究员
◎本报记者 何 亮
珊瑚作为一种海洋生物,因其缤纷的色彩、特殊的生存方式而受到人们的关注。珊瑚对生存环境的变化较为敏感、对生存环境的要求较为苛刻,气候变化影响下的水温升高会导致大量珊瑚白化死亡。
近日,生态学期刊《分子生态学》在线发表了由中国科学院南海海洋研究所黄晖团队领衔完成的论文,揭示了珊瑚应对气候变暖的驯化适应及其生理和分子机制。论文共同第一作者、中国科学院南海海洋研究所助理研究员江雷在接受科技日报记者采访时表示:“这项研究有助于我们正确认识珊瑚对海水升温的适应潜力,为人类保护珊瑚礁提供了正面、积极的启示。”
孵幼型珊瑚,礁体上的“拓荒者”
长期以来,珊瑚除了因为五彩斑斓的色彩而备受人们关注,关于它还有一个问题常常令人困惑——珊瑚究竟是动物,还是植物?
事实上,珊瑚是动物,是一种较低等的刺胞动物。珊瑚之所以色彩斑斓,是因为其体内生活着一种微小的藻类——虫黄藻。虫黄藻可以通过光合作用为珊瑚提供能量,保证珊瑚的生存。如果珊瑚失去虫黄藻,就会饿肚子,最终因没有能量来源而饿死。
珊瑚与虫黄藻复杂的共生关系,不仅关乎珊瑚的生存,也是科研人员研究的重点。此次研究中,黄晖研究团队主要研究的珊瑚种类是孵幼型鹿角杯形珊瑚。
“孵幼型鹿角杯形珊瑚比较特殊,是‘先锋物种’,这也是我们选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象的一个原因。当一个生态系统受到破坏或者干扰的时候,‘先锋物种’是最早出现的一类生物。‘先锋物种’就像‘拓荒者’一样,率先开启了生态演替和重塑生物群落的旅程。”江雷表示,“因为发育快,繁殖能力强等原因,一旦有新的合适生存环境出现,孵幼型鹿角杯形珊瑚的幼虫会最先长到礁体上开拓生存环境,并对礁体进行相应改造。之后才会有其他的生物相继进驻这一生存环境。”
选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象,另一个重要的原因是其对环境的适应类型。江雷介绍,在自然界,生物对环境的适应有两种不同类型:一种类型称作表型可塑性适应,即生物的生理过程是弹性可变的,生物通过调整机能适应环境变化;另一种类型称作进化适应(又称遗传适应),即生物在许多世代中由自然选择进行演化、筛选,最终完成对环境变化的适应。
“我们选择表型可塑性适应来进行研究,是因为对这种适应类型的研究时间周期较短,容易捕获研究结果,显现成果差异。”江雷表示。孵幼型鹿角杯形珊瑚的繁殖方式是体内受精,幼体在母体内发育,发育成为幼虫之后,再由母体排出体外。孵幼型鹿角杯形珊瑚排放出来的幼虫发育周期在1个月左右,是卵生型珊瑚的十分之一。
开展对比实验,揭示生理调节机制
在中科院南海海洋研究所的实验室里,一排排灯光格外显眼。光线照射下,颜色各异的珊瑚生活在人工营造的生态系统里。江雷等科研人员对孵幼型鹿角杯形珊瑚的驯化实验也正是在这里进行。
“在野外,珊瑚生存的正常水温是29摄氏度。我们通过温控系统,将珊瑚缸中的水温以每天约0.5摄氏度的速度进行提升。大约一个星期后,珊瑚缸中的水温会升至32摄氏度,并保持此温度。此次研究中的孵幼型鹿角杯形珊瑚幼虫,正是在上述高温环境中完成在母体珊瑚体内的发育和出生。”江雷说。
在长达1个月的研究中,科研人员观察到了很多现象。经过高温驯化后,孵幼型鹿角杯形珊瑚母体的代谢受到了不利影响,不仅光合作用降低,还发生了白化现象。可是,驯化组子代幼虫的表现却不一样,与对照组子代幼虫相比,经过高温驯化的子代幼虫能适应更高的水温,其最适生存温度有了明显提升,对高温的适应性得到了增强。江雷表示:“这说明,仅仅一个月的驯化就对子代幼虫的表型产生了较为明显的影响。”
仅凭一组数据,尚不足以得出定论。接下来,科研人员又进行了交叉移植实验。科研人员分别将经历了驯化组的幼虫和对照组的幼虫置于对照温度与高温环境。对比的结果与此前的结论较好地吻合,证明珊瑚母体的热驯化缓解了高温对子代幼虫的不利影响。
“上述现象背后,是珊瑚幼虫生理状态的调整。”江雷表示,在驯化之后,幼虫的虫黄藻的光合活性与光合速率得到了提高。幼虫的虫黄藻变得更强大,对高温的适应能力也更好。与此同时,幼虫的呼吸消耗降低了。这就意味着,幼虫能在获得更多营养物质的同时,支出更少的能量消耗。
“这一生理调节机制对珊瑚幼虫来说,可谓是大有裨益。”江雷表示,处于浮游阶段的幼虫,能量物质的补充全部依赖于虫黄藻的光合作用。如果生产得多且消耗得少,幼虫的能量储备就会更加充足,也会利于其生存。
此次研究中,科研人员还发现,驯化后的珊瑚幼虫中负责从虫黄藻转移脂类、糖类和氨基酸等营养物质的宿主转运蛋白基因表达也发生了显著上调,与此前发现的相关生理机制相符。
发挥科技力量,提供更多拯救路径
在气候变化影响导致水温升高、威胁珊瑚种群生存的当下,我们能否利用科技找到更多拯救珊瑚种群的路径?
“在气候变化越发明显的当下,每一次海洋热浪事件都相当于对珊瑚的一次驯化。”江雷表示,在未来,野外环境中的驯化事件及其引发的适应效应将会越来越多。
在我国,珊瑚修复工作正在如火如荼地展开。借助中国南海相对于其他珊瑚生活海域位置偏北的地理位置优势,我国科研人员在三亚、西沙等潮间带浅水区的极端生境中寻找能够存活下来的珊瑚,并将它们移植到实验室进行选育扩繁,最终把这些珊瑚再次回植到天然的生境中。
“此次研究的孵幼型鹿角杯形珊瑚,也来自生境恶劣的潮间带。”江雷表示,在海底种珊瑚与在陆地上植树造林有一定的相似之处,却比在陆地上植树造林辛苦得多。科研人员要背着数十斤重的装备在水底打桩固定,水下失重的环境也让工作难度大大提升。
此次研究的论文通讯作者、中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员黄晖介绍,截至目前,南海海洋研究所共建设了40亩苗圃,一年可产出约7万株珊瑚苗;还建设了300亩的修复区,扭转了实验依靠野外采苗的现状。目前,科研人员播种到海床的珊瑚苗均出自人工培育。
“尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。”江雷表示,科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径,而解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
全国“公安楷模”刘亚斌:工匠精神成就信息化破案尖兵******
刘亚斌 公安部供图
中新网北京1月10日电 (记者郭超凯)一次内心的选择就是一生无悔的追求。16年警察生涯,刘亚斌长期战斗在打击犯罪的第一线,用工匠精神成就信息化破案尖兵。
刘亚斌生前任河北省沧州市公安局运河分局网安大队三级警长,在16年从警生涯中,他数次经历死亡考验,仅直面歹徒、短兵相接就达100余次,先后负伤20余次,累计参与破获各类案件1000余起,抓获犯罪嫌疑人800余名,为维护辖区治安稳定、服务经济社会发展作出了突出贡献。
2006年,在沧州职业技术学院任教3年多的刘亚斌毅然报考了警察职位。2013年,市内渤海商厦发现一枚绑在汽油桶上的定时炸弹,接到报警后,刘亚斌立即赶赴现场处置。由于商场人员集中、炸弹爆炸时间不定,他不顾个人安危,面对随时可能爆炸的炸弹,果断地用防爆毯将炸弹包裹起来,驾车转运到安全地带作进一步处理,整个案件未造成任何人员伤亡和财产损失。
“为了人民群众的利益,再苦再累我们都值得。”他是这样说的,也是这样做的。他以一颗赤子之心对群众、一片赤诚之心待事业,从点滴做起、从小事做起,同群众真正成为“一家人”。
面对日益突出的电信网络诈骗新型违法犯罪,刘亚斌认真总结电信诈骗类型及80项防范措施,通过多种形式,先后100余次为河北水利电力学院、沧州师范学院等大中院校学生和辖区群众、离退休职工,现场讲解预防电信诈骗知识,深受群众欢迎和好评。
他主动联系运河区26所小学,组织2.5万余名学生开展“我与家长一起学”互动活动,使每名学生成为防范电信诈骗犯罪的宣传员,由学生向家中父母、老人讲解电信诈骗防范知识。
刘亚斌生前常说:“破不了案对不起受害人,对不起法律,更对不起身上的警服警徽!”他始终战斗在打击犯罪、保护人民的前沿阵地,对电信网络诈骗等侵财犯罪展开凌厉攻势,坚持用证据说话,每一起案件都要办成铁案,经得起历史的检验。
刘亚斌 公安部供图
2014年初,公安部发现某网络投资诈骗团伙,犯罪嫌疑人勾结某些网络软件公司,非法开发电子交易平台软件,在互联网上虚假注册交易网站,挂靠第三方支付平台,以买卖股票、期货或者大宗商品现货交易等名义诱骗受害人投资,并通过后台程序操控交易活动,诈骗受害人大量钱财,沧州市运河区某公司具有重大作案嫌疑。
根据公安部要求,沧州市公安局成立“2014.3.20”网络投资诈骗专案组对案件进行侦办。刘亚斌具体负责案件侦办工作,经对案情进行仔细研究后,提出侦查方案,他带领案件侦办团队连续奋战3个月,做了大量细致工作。最终,工作组抓获犯罪嫌疑人75人,冻结涉案资金8400余万元,最大程度维护了受害人的权益。
参加公安工作16年来,他先后牵头研发沧州汽车租赁业管理系统和多个信息化破案技战法,形成了独树一帜的侦查思路,相继撰写、发表10多万字的案件侦破心得体会和研究文章,为攻克一个又一个重大疑难案件提供了有益参考,被誉为“铁手神探”。
2008年,刘亚斌通过对在逃系统的研究,发现由于当时信息化作战能力和历史条件制约,各地在开展网上追逃工作中,情报信息的互联互通不畅,导致很多在押服刑人员和取保候审的在逃人员迟迟难以到案,耗费大量的人力、物力、精力。
他通过比对,在全国范围内一次性比出3000多名在押或取保的逃犯,比一个中队三十年抓的人都多。省厅为此专门开展了在逃人员比对的专项行动,并将此行动常态化。
刘亚斌生前先后在派出所、刑警队、国保大队、合成作战中心和网安大队工作,无论在哪个岗位上,他都是严以修身、严以用权、严以律己,从未发生过一起违法乱纪问题。
2022年5月7日,刘亚斌突发疾病不幸牺牲。他去世后,网友在他的新闻报道中留下了1800多条留言,每一条都感人至深,每一条都催人泪下。
为政不移公仆之心、用权不谋一己之利、立身不忘做人之本。刘亚斌的一生,恰如他自己常挂在嘴边的话——“只有个人干净,才有做人的底气、做事的硬气、做警察的正气”。(完)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)