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广州科学家,在南海“种”珊瑚

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近年来,全球气候变暖、

海水酸化、人工拖网捕捞等因素叠加

导致全世界珊瑚礁面积大幅萎缩

保护与修复迫在眉睫

中国科学院南海海洋研究所

黄晖研究员团队

研发了一系列珊瑚繁育和底播移植技术

应用于南海的珊瑚礁生态修复

目前修复面积已达35万平方米

有效遏制了珊瑚礁的退化


经过5年的持续修复,珊瑚数量得到较大增加,珊瑚个体也生长到40至60厘米 图源:中国科学报


解密珊瑚礁

用0.2%的面积养育25%的海洋生物

“西沙群岛一带海水五光十色,瑰丽无比……海底的岩石上长着各种各样的珊瑚,有的像绽开的花朵,有的像分枝的鹿角。”在我国,不少人是从三年级语文课文《富饶的西沙群岛》中认识珊瑚的。

目前,我国已记录的造礁石珊瑚有480种,主要分布在西沙群岛、南沙群岛及海南岛周边海域等。珊瑚对海洋生态系统起到至关重要的作用,因其生物多样性丰富,珊瑚礁被称为“海洋中的热带雨林”。尽管造礁石珊瑚面积仅占海洋面积的0.2%,却孕育了超过25%的海洋鱼类,并为鱼虾贝蟹提供产卵场和索饵场。此外,珊瑚礁结构还能吸收80%-90%的波浪能,有效保护岸线免受台风和海啸侵蚀。

与大家想象的不同,珊瑚并非植物,而是一种腔肠动物。成千上万的珊瑚虫分泌碳酸钙骨骼,最终形成珊瑚礁。珊瑚对海水温度敏感,通常只生活在23℃-28℃、有光照的浅海中。一旦水温低于18℃,珊瑚虫就不再成礁。所以,我们“种”珊瑚的“种”是要打引号的。

近年来,受海水升温、酸化及水体富营养化、过度捕捞、拖网作业、围填海等主客观因素叠加影响,珊瑚退化速度远超自然恢复的速率。

科研人员表示,珊瑚最常见的问题是白化。这是因为水温升高,导致与珊瑚共生的虫黄藻脱离珊瑚。

虫黄藻不仅是珊瑚颜色的来源,它还通过光合作用,为珊瑚提供能量。尽管珊瑚也可以吃一些食物,但这一方式获取的能量不足以让珊瑚长期生存,因此,珊瑚白化超过一定时间就会死亡,若水温下降,虫黄藻也可以回到珊瑚体内,让珊瑚重新生存下来。

科研人员表示:“我们团队做珊瑚礁修复的目标,就是让南海相关区域的珊瑚恢复速度大于其退化速度。”


针对近岸高沉积环境,团队研发了框架形苗圃和可拼接型透水人工礁体苗圃 图源:中国科学院南海海洋研究所


体系完备

育苗播种维护全程高效管控

自20世纪90年代起,团队开始从事珊瑚修复的科研工作,经过30余年的积累,形成了一整套成熟的技术体系。

首先是种苗来源,团队研发了无性扩繁和有性繁殖两大技术。无性扩繁类似“无心插柳”,通过切断珊瑚断枝进行扩大培养,技术成熟且效率较高,但缺点是缺少个体间基因交流,长期有种群退化的风险。有性繁殖则是主动采集珊瑚的精卵团,培育受精卵,直至养成可移植的个体。

与之配套的是珊瑚“苗圃”的建设。团队在三亚等地建设了“苗圃”,蔚蓝的海面下,团队采用树形、绳索式、框架式等不同结构进行珊瑚培育,珊瑚的种苗就“长”在了这些桩子上。“通常,我们会在珊瑚修复区域附近进行苗圃的建设,这样就可以尽快驯化珊瑚,以适应目标环境。”科研人员介绍道。


珊瑚“苗圃” 图源:广州日报

当珊瑚苗长到一定大小,其对海洋环境的适应能力也大大提升,团队便会采用底播移植的方式,让珊瑚苗回归海底,开启造礁。这一技术类似从育秧到插秧。根据海底地形和珊瑚形态,团队会采用不同的固定方式——

最常见的是铆钉法。潜水员到达海底后,找到可使用钻孔的岩底,使用水下电钻打钉,固定分支状珊瑚,帮助其在海底生长。铆钉法简洁高效,但近来研究发现,其缺点是结合部生长慢,易受台风影响导致“头重脚轻”。

第二种方法是用生物黏合剂。团队自主研发了水下专用黏合剂(类似“水下水泥”),可适用于无法打钉的岩底或团块状/表覆型珊瑚,增加接触面积,使珊瑚抗台风能力更强。

第三种方法是人工礁体法,可在严重退化、无附着基的区域投放人工礁体,提供新的生长点。

“种”下珊瑚后,团队还需进行后期维护,包括定期监测生长情况、清除敌害生物及投放互利共生生物等,以利于珊瑚礁生态系统的恢复。


成效显著

从覆盖率不足5%恢复至连片生长

经过多年努力,团队目前已培育珊瑚种苗35万-40万株,底播移植面积超35万平方米。其中,三亚鹿回头海域,经过修复后珊瑚覆盖率显著提升,从不足5%恢复至连片生长,移植珊瑚已实现性成熟和排卵。在国际合作方面,团队的修复技术已推广至斯里兰卡,协助当地搭建苗圃并进行移植,效果良好。


移植成效 图源:广州日报

对于珊瑚礁的保护,目前的主要威胁仍是强台风、不断变暖的海洋水温以及不断加剧的海洋酸化。“我国已经意识到珊瑚的重要作用,并通过立法对珊瑚礁进行严格保护。现在,大多数的珊瑚为国家二级保护野生动物,其中,名贵的红珊瑚更是国家一级保护野生动物。”科研人员表示,团队还会协助相关法院,对人为破坏珊瑚礁的行为进行认定,“拖网捕捞可能会对珊瑚礁造成严重破坏,这一行为在珊瑚礁海域已被严格禁止。”


未来研究方向

团队接下来在珊瑚领域的科研将重点布局三个方向。

第一是坚持长期本底调查,持续监测和发现珊瑚的演变规律。第二是突破规模化珊瑚有性繁殖技术,攻克技术瓶颈,进一步降低有性繁殖成本,解决无性繁殖导致的种群退化问题。第三是研究耐热机制与珊瑚选育,这也是团队目前的科研重点。

研究发现,在同一片珊瑚礁内,有的珊瑚出现白化,有的则没有,表明有的珊瑚更耐热。团队希望通过杂交、热驯化等手段,选育出耐高温的珊瑚品种,并从营养生态学角度(如脂质代谢调控)提升珊瑚的热耐受性。

另一边,中山大学海洋科学学院教授刘岚长期深耕海洋天然产物研究。2014年起,刘岚开始从事珊瑚礁研究。她在调查中发现了珊瑚礁热带物种北移的现象:“我们在万山群岛调查中,记录到原本属于热带分布的鹿角珊瑚、杯形珊瑚等出现频率显著增加。原本,我国造礁石珊瑚分布北界止于福建东山,但近年来,浙江温州等地也记录到了珊瑚存在,这些印证了全球气候变化下珊瑚向高纬度地区迁移的趋势。”

她还指出:“海水温度超过30℃会导致赤道附近珊瑚白化甚至死亡,这迫使珊瑚幼虫随海流向北方较冷水域扩散定植。此外,部分珊瑚可能向温度较低的深水区扩散。”


刘岚教授在进行珊瑚研究 图源:广州日报

刘岚还专注于海洋天然产物的开发利用研究,团队积极从珊瑚礁、红树林、海草床等海洋生态系统中寻找活性物质,开发功能产品或海洋药物。

据介绍,1978年,中山大学龙康侯教授率先开拓了中国海洋天然产物化学研究领域;此后,曾陇梅教授和苏镜娱教授夫妇接力推进,在20世纪80年代中期发表了该领域的第一篇顶级期刊论文;林永成教授则开创了海洋微生物天然产物的新方向。

刘岚团队在国内率先建成“海洋生物天然产物化合物库”,已收录保藏海洋化合物逾3000个;从2008年到2013年,刘岚走遍了国内十多个红树林保护区,带着学生采样,建立了南海海洋微生物菌株库,保藏菌株数量超过10000株。

近年来,团队在海鞘来源海洋真菌次级代谢产物中,发现环酯肽化合物ISE具有优异的抗血栓活性,且出血风险低,已通过生物合成及化学全合成手段完成了规模化制备,并获省重点研发专项支持进行成药性评价。目前,这一抗血栓药物已完成临床前研究和成药性评价,正推动药物向临床方向转化。

“海洋药物其实早就应用于我们的生活。例如头孢药物,最早的头孢霉菌就是人类在地中海附近发现的,后经结构改造发展为多代头孢药物。”刘岚说。

据介绍,中山大学不仅有海洋科学学院,还有医学院、药学院等多个学科协同推进,开发新型抗肿瘤、抗结核等海洋药物。

参考来源

广州日报《广州科学家,在南海“种”珊瑚》

https://mp.weixin.qq.com/s/l4GYh4Vg4dtJqJWGnzZz2Q?scene=1



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