【中國綠發會訊】全球范圍內，珊瑚礁生態系統正面臨著前所未有的威脅，包括氣候變化導致的海水溫度升高、海洋酸化、污染以及過度捕撈等。這些因素導致珊瑚白化、疾病爆發和棲息地喪失，嚴重威脅著珊瑚礁的生態功能和生物多樣性。美國的佛羅里達群島國家海洋保護區（Florida Keys National Marine Sanctuary）作為世界上最大的珊瑚礁生態系統之一，也深受困擾。

在美國的佛羅里達群島國家海洋保護區的莫拉斯礁上，部分硬珊瑚和軟珊瑚出現了白化現象。這張照片攝于2014年9月19日，由來自英國倫敦的Matt Kieffer拍攝。（CC BY-SA 2.0）

在生態保護與恢復的研究領域，種群遺傳分析被視為一種重要的工具，它能夠提供有關物種區域連接性和遺傳多樣性的信息，從而為保護和恢復工作提供科學依據。“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，2024年9月發表在《遺傳》（Heredity）期刊上的一篇最新研究顯示，美國佛羅里達大西洋大學的研究人員通過分析小孔星珊瑚（Stephanocoenia intersepta）的基因組DNA，發現了不同深度的珊瑚種群之間的重要聯系。

佛羅里達群島國家海洋保護區在地球上的大概位置。來源：GoogleEarth

在佛羅里達群島國家海洋保護區，自20世紀70年代以來，珊瑚礁經歷了嚴重的衰退，僅在1998~2011年之間就減少了約50%。雖然該地區的珊瑚礁受到廣泛研究，但對于介于100~500英尺深的中層珊瑚生態系統的研究還是很有限的。于是，該研究團隊對佛羅里達群島國家海洋保護區內的小孔星珊瑚進行了詳細的遺傳分析，探討了這些珊瑚在淺水區（深度小于30米）與中層區（深度30~45米）之間的遺傳聯系與多樣性。

該研究的首席作者、佛羅里達大西洋大學的博士生瑞安·埃克特指出，小孔星珊瑚因其廣泛的深度和地理分布，成為研究不同深度和地點之間種群聯系的理想對象。他提到，盡管在淺水礁中這種珊瑚的數量較少，但在中層區域，它們卻更加繁茂，覆蓋的范圍也更為廣泛。

小孔星珊瑚（Stephanocoenia intersepta）。圖片來源：佛羅里達魚類與野生動物研究所 (CC BY-NC-ND)

研究人員通過生成單核苷酸多態性（SNP）標記，揭示了淺水和中層小孔星珊瑚的遺傳結構。結果顯示，這些珊瑚存在四種不同的隱秘基因譜系，并且在深度特異性方面有顯著差異。研究發現，淺水專屬譜系的雜合度較低，且出現了較高的近親繁殖現象，相比之下，深度一般譜系則在淺水和中層珊瑚礁中均有分布，這表明：深水區的珊瑚可能在遺傳多樣性方面發揮著重要作用。此外，研究團隊還對遺傳遷移率進行了估算，結果顯示，中層珊瑚的繁殖能力明顯高于淺水區，尤其是在下佛羅里達群島（Lower Keys）和上佛羅里達群島（Upper Keys）。這種發現為保護工作提供了新的視角，表明中層珊瑚不僅是自身生態系統的組成部分，還可能為淺水區的珊瑚提供重要的遺傳補給。在研究中，這個研究團隊還利用ITS2區域和SymPortal分析框架，對樣本中的內共生藻類（Symbiodiniaceae）進行了比較，識別出來自Symbiodinium、Breviolum和Cladocopium等屬的共生藻。結果表明，這些內共生藻類在不同深度和位置之間存在顯著差異，并與宿主的譜系和基因型之間有一定的相關性，盡管這種相關性相對較弱。研究結果顯示，盡管在深度上存在種群遺傳結構的差異，一些中層珊瑚種群可能為淺水種群提供避難所，并繼續為該物種在該地區的遺傳多樣性作出重要貢獻。這項研究不僅強調了在種群遺傳評估中要同時考慮中層珊瑚和淺水珊瑚的重要性，也為佛羅里達群島國家海洋保護區未來的科學管理、保護和恢復工作提供了寶貴的參考。

佛羅里達群島國家海洋保護區的參考示意圖，可以看到一些小小的島嶼和島礁的名稱和位置。圖片來源：NOAA（公域）

通過更好地理解小孔星珊瑚的遺傳連接性，科學家們能夠制定更加有效的保護策略，以應對生態保護面臨的挑戰，從而推動珊瑚生態系統的健康與可持續發展。這項研究為未來的保護工作提供了新的思路，助力恢復珊瑚礁生態的繁榮。

感興趣的“海洋與濕地”（OceanWetlands）讀者可以參看全文：

Eckert, R.J., Sturm, A.B., Carreiro, A.M. et al. Cryptic diversity of shallow and mesophotic Stephanocoenia intersepta corals across Florida Keys National Marine Sanctuary. Heredity 133, 137–148 (2024). https://doi.org/10.1038/s41437-024-00698-x

佛羅里達群島國家海洋保護區（Florida Keys National Marine Sanctuary, FKNMS）是美國一個重要的海洋保護區域，成立于1990年，旨在保護佛羅里達群島及其周圍海域的生態系統和生物多樣性。該保護區覆蓋了近2900平方海里（約7500平方公里）的水域，擁有豐富的珊瑚礁、海草床和多樣的海洋生物，包括多種瀕危物種。1990年，美國國會通過了《佛羅里達群島國家海洋保護區法案》，標志著FKNMS的正式建立。它保護著北美唯一的珊瑚礁系統，以及豐富的海洋生物多樣性，不僅為生態保護提供了重要的空間，還促進了科研、教育和可持續的海洋活動，成為保護海洋環境和促進生態恢復的重要保護地。?

在美國的佛羅里達群島國家海洋保護區，一株已白化的珊瑚礁上，大旋鰓蟲（Spirobranchus giganteus）正盡情舒展著它們絢麗的身姿。此情此景，攝于佛羅里達礁島群基拉戈礁的法國礁。攝影：Matt Kieffer（2014）（CC BY-SA 2.0）

遺傳連通性 (Genetic connectivity) 是指不同地理區域的種群之間基因交流的程度。簡單來說，就是不同地方的生物個體之間能否進行基因交換。

打個比方，我們知道，在海里面的珊瑚礁中，幼蟲可以漂流到其他珊瑚群體中，進行基因交流。那么，假設有兩個相鄰的珊瑚群體A和B，如果水流促使A群體的幼蟲能夠到達B群體、并與其交配，那么這兩個群體之間的遺傳連通性就很高，有助于增強兩者的遺傳多樣性和抵抗力。又比如，考慮兩個被道路隔開的森林棲息地：在這些森林中生活的動物（如鹿）可能由于道路的存在被隔開了、無法自由遷移，這樣，它們的遺傳連通性就降低了，導致兩個鹿群體之間的基因交流減少，那么長時間后，這兩個群體可能會因不同的選擇壓力或基因漂變而出現遺傳差異。

遺傳連通性對物種的生存和進化具有重要影響。高水平的遺傳連通性有助于增加種群的遺傳多樣性，提高種群適應環境變化的能力。反之，低水平的遺傳連通性可能會導致近親繁殖，降低種群的遺傳多樣性，增加種群滅絕的風險。

雜合度（Heterozygosity），也稱為雜合性，是指在一個生物個體的某個基因位點上，存在兩個不同的等位基因的現象。打個比方，我們的眼睛顏色是由基因決定的，如果一個人繼承了父母雙方不同的眼色基因，那么他就是在這個基因位點上雜合的。雜合度在遺傳學中非常重要。在生態保護和種群遺傳學研究中，高的雜合性，意味著個體具有更多的遺傳多樣性，這有助于種群更好地適應環境的變化；而低的雜合性，則可能導致近親繁殖、增加有害基因的頻率，降低種群的生存能力。因此，雜合性水平的高低是衡量一個種群健康狀況的重要指標，而且保護遺傳多樣性和維持高雜合度是確保生態系統健康和物種長期生存的關鍵因素。

共生藻(Symbiodiniaceae)，又稱蟲黃藻，是一類生活在其他生物體內的單細胞藻類。它們與珊瑚、?？群Ｑ笊镄纬闪艘环N互利共生的關系。共生藻擁有葉綠體，能夠進行光合作用，為宿主提供氧氣和有機物，作為回報，宿主則為共生藻提供保護和生活所需的營養物質。

共生藻對珊瑚礁生態系統至關重要。它們為珊瑚提供了大部分的能量，使得珊瑚能夠建造巨大的珊瑚礁。然而，由于氣候變化、海洋酸化等因素，共生藻可能會離開珊瑚宿主，導致珊瑚白化。因此，共生藻的健康狀況直接關系到整個珊瑚礁生態系統的穩定性。在這篇研究中，研究者通過研究不同深度珊瑚的遺傳結構、多樣性以及共生藻的組成，來了解珊瑚對環境變化的適應能力，從而為珊瑚礁的保護提供科學依據。

珊瑚的共生藻類。攝影：Allisonmlewis（CC BY-SA 4.0）

學而思

思考題·舉一反三

Q1、在面對氣候變化和人類活動的影響下，如何有效提高深水珊瑚種群的遺傳連通性，以確保其能夠更好地支持淺水珊瑚的恢復？針對淺水與中層珊瑚的遺傳結構差異，是否可以設計基于遺傳多樣性的保育策略，以實現“珊瑚基因庫”，通過選擇性培養、以及再引入技術，來增強珊瑚的適應性和恢復能力？

Q2、考慮到不同深度珊瑚的遺傳結構差異，我們應采取怎樣的管理策略來保護和恢復珊瑚生態系統，以促進它們的長期健康和生物多樣性？以及，在全球范圍內的珊瑚保護中，如何結合先進的遙感技術和機器學習方法，實時監測和預測珊瑚生態系統的變化，以便及時調整保護措施，最大化它們的生態和經濟價值？

Q3、從防患于未然的角度講，隨著生態系統服務的退化，如何構建出模型，來模擬不同深度珊瑚種群的基因流動和生態交互，以預判未來氣候變化對珊瑚礁整體生態功能的影響？

Q4、考慮到不同深度珊瑚種群間的遺傳結構差異，有沒有可能——利用基因編輯技術（如CRISPR）在珊瑚保育/恢復項目中引入特定的遺傳特征，來提高珊瑚對環境壓力的抵抗力呢？

Q5、海南南海熱帶海洋研究所所長、綠會珊瑚保護地主任陳宏研究員在2022年“兩會”提案建議會上建議應盡快建立“國家珊瑚種質庫”，他指出，建立國家珊瑚種質庫可以為我國珊瑚礁的保護、修復和恢復提供堅實的種質資源保障；該種質庫不僅要收藏我國本土的珊瑚物種，還要考慮引入世界范圍內的珊瑚物種，以豐富基因多樣性。對此，你怎么看？

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本文僅代表資訊，不代表平臺觀點。供參考。

編譯 | 王芊佳

編輯 | Linda 排版 |綠葉

【參考資料】

https://www.nature.com/articles/s41437-024-00698-xhttps://www.sciencedaily.com/releases/2024/09/240923110812.htmhttps://floridakeys.noaa.gov/about/sanctuary.htmlhttps://en.wikipedia.org/wiki/Symbiodiniaceaehttps://en.wikipedia.org/wiki/Florida_Keys_National_Marine_Sanctuaryhttps://www.nature.com/articles/s41437-021-00413-0https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-294X.2010.04688.x陳宏：建立國家珊瑚種質庫｜2022“兩會”議/提案建議會https://zhuanlan.zhihu.com/p/460289166

本文來自“海洋與濕地”微信公眾號