珊瑚在不同深度下如何应对环境变化？

09-12

珊瑚在不同深度下如何应对环境变化？

文 | 颜冬升记

编辑 | 颜冬升记

前言：

硬珊瑚特别是环形珊瑚，如何适应水深和海面温度的变化条件以生存下来？虽然我们已经有了一些了解，这些复杂的生理机制仍然只被部分理解，这限制了我们准确预测珊瑚对未来气候变化的反应。

这项研究采用了先进的技术，来追踪珊瑚中的共生微生物以及一些关键的生物分子，如某些化合物、蛋白质、碳酸酐酶和粘液，在不同时间和不同地点的丰度变化这些变化对于珊瑚的适应和形成骨骼非常重要。

研究人员使用了新型的自体荧光和免疫荧光技术，来分析来自库拉索岛不同水深和季节性海面温度变化下的珊瑚细胞的样本，他们发现在5米深的水域中，环形珊瑚的共生微生物减少，但某些化合物增加，而在12米深的水域中情况正好相反。

珊瑚组织结构的命名

珊瑚的解剖结构和组织构造一直是科学研究的一个重要方面，描述珊瑚组织结构时使用的专业术语一直以来都颇具挑战性，而且有时会相互矛盾。

这主要是因为随着珊瑚从幼虫到成熟的过程中，其外部结构和功能会发生变化，因此组织结构的命名方式会根据研究的生长阶段而有所不同，为了保持这项研究的一致性和清晰度，我们将采用研究人员等人提出的术语作为主要参考框架。

珊瑚的基本生物单位是一个圆柱形的袋状结构，它被外部壁围绕着，当这个结构缩回时，外部壁会展现出叶状褶皱的形态，这个圆柱体内部有一个被称为腔肠的中央腔，用于分隔口腔和其他组织。

腔肠在珊瑚的内部和不同部分之间输送营养物质和气体，口腔组织直接与海水接触，它包括上面的表皮层和下面的胃皮层，这两层由中间的结缔组织连接在一起。

珊瑚组织骨架活检水肺采集

我们使用了标准的水肺潜水技术来采集样品和收集数据，在每次潜水中，我们使用了两种不同的温度测量设备来记录水温。

一种是费希尔酒精玻璃温度计，它被放置在测试仪中，另一种是潜水计算机内置的温度探头，在每次潜水前，我们会对潜水计算机进行校准，以确保温度测量的准确性。

我们采集了来自不同深度的样品，分别是5米和149米水深处，在这些深度，我们对三个不同环形珊瑚菌落进行了采样，每个菌落直径约为5.12厘米，采集了珊瑚组织和骨骼核心的活检样品，并将它们存放在密封的聚丙烯离心管中。

在将样品带回表面后，我们迅速将海水从每个离心管中排除，然后将活检样品储存在组织学固定剂福尔马林中，这有助于保存它们的状态，我们将样品运输并存放在黑暗容器中，保持在5°C的温度下。

光学切片荧光显微镜和双光子激光扫描显微镜

我们对此使用了两种不同的显微镜技术，分别是特别显示器和双光子显微镜，来观察珊瑚样本，我们小心地将取自测试管中的珊瑚样本，对这些样本是没有被脱钙处理的，然后将它们放在保存珊瑚的相同液体中以进行新的固定，我们将每个样本放在一个特殊的盖玻片底部室中，以准备进行显微镜观察。

为了观察珊瑚内部的细胞和生物组织，我们使用了一种叫做多光子共聚焦显微镜，它使用了一种特殊的激光器，这个激光器可以用不同的光波长来激发珊瑚中的细胞，后我们使用检测器来捕捉发射的光信号，这样做是为了了解不同激发波长对不同细胞的影响。

我们使用了一种叫做双光子自发荧光显微镜，用来观察珊瑚的共生生物的荧光，我们使用不同波长的激光器来激发这些荧光，然后使用检测器来捕捉荧光信号，这有助于我们了解共生生物在珊瑚中的分布和特性。

还将所有这些显微镜图像进行处理和分析，以获得关于珊瑚和其共生生物的详细信息，这项研究揭示了珊瑚如何适应不同的环境条件，以确保共生生物的生存和分布。

共生蝇科和色谱团丰度的定量

经常使用一种名为3D分析的软件，其中包含一个3D点等值面渲染算法，来处理生物组织共生蝇科和色谱团丰度的定量，我们对原始数据中的某个通道的强度进行阈值处理，以找到共生菌科和色谱团的细胞。

我们使用相同的程序在同一个软件中，使用轮廓追踪算法来追踪每个触手组织，这些组织覆盖在生物组织的主要和次要隔膜上，我们使用高倍率图像来精确计算每个细胞类型的数量，这些图像来自多个息肉。

我们将每个触手组织中的共生菌科或色谱团的细胞数量除以整个息肉中该细胞类型的总体积，这样做是为了获得归一化的数据，以便我们可以在不同大小的息肉之间进行比较。

以及会将图像以两种方式显示出来：一种是显示原始数据的最大强度投影，另一种是使用3D光斑等值面算法来呈现数据，从中我们可以获取关于细胞分布的三维体积数据，这些数据有助于我们了解共生菌科和色谱团在生物组织中的位置和数量。

共生科自发荧光、生物分子免疫定位和定量

我们使用了一种叫做3D分析的软件，其中包含了一个3D点等值面渲染算法，来处理生物共生科自发荧光、生物分子免疫数据，我们对原始数据中的某个通道的强度进行了一种特殊处理，以找到共生菌科和色谱团的细胞，

我们使用同一程序，使用一种称为轮廓追踪算法的方法，来跟踪每个触手组织，这些组织分布在生物组织的主要和次要隔膜上，所使用高倍率图像来精确计算每个细胞类型的数量，这些图像来自多个不同大小的息肉。

然后将每个触手组织中的共生菌科或色谱团的细胞数量除以整个息肉中该细胞类型的总体积。这样做是为了获得归一化的数据，以便我们可以在不同大小的息肉之间进行比较，我们将图像以两种方式展示。

这一种是原始数据的最大强度投影图，另一种是使用3D光斑等值面算法来呈现数据，从中我们可以得到有关细胞分布的三维体积数据，这些数据有助于我们更好地理解共生菌科和色谱团在生物组织中的位置和数量。

统计评估和分析

我们有一些数据，包括水深、珊瑚的叶子类型、珊瑚组织中的细胞类型以及相对丰度等变量。我们进行了三种不同的统计分析。

在第一种分析中，我们将这些数据分成不同的组，考虑了水深、叶子类型和细胞类型对相对丰度的影响，虽然水深是一个连续的数值，但我们将其分成两个唯一的值，即5米和12米，因为我们不想假设相对丰度与水深之间存在线性关系。

我们进行了第二种分析，仅考虑了水深、组织细胞类型和相对丰度之间的关系。

我们将这两种数据合并成一个数据集，其中包括水深、组织细胞类型和相对丰度等变量，虽然原始参数方差分析的结果不是特别符合我们的数据特点，但我们发现这三个变量之间的相互作用非常显著。

这意味着这三个因素的组合对相对丰度的影响很重要，我们将数据分成了八组，每组代表了不同的组合，例如不同的水深、叶子类型和细胞类型。

这样做使得我们可以使用一种称为单因子（非参数）方差分析的方法来处理数据，以了解这些因素对相对丰度的影响。

结论

在浅水中，一种叫做海洋分析的珊瑚在5米的深度进行了检测，结果显示与它共生的微生物数量减少了，但一种叫做"海洋测试"的珊瑚在12米深处的检测结果却相反，共生微生物数量增加了，但珊瑚的颜色变得不那么鲜艳，我们还观察到共生微生物和珊瑚颜色之间存在一种反向关系，这意味着珊瑚的颜色可能不仅仅与光照有关，还可能与其他生物过程有关。

在研究中还发现，海洋测试珊瑚在不同季节中表现出适应性变化，这与一些生物分子（比如某些化合物和蛋白质）的数量变化有关，在夏季，共生微生物的数量减少，但珊瑚的光合作用增加，这可以弥补共生微生物减少带来的影响。这表明珊瑚有一种适应性机制，可以根据环境的变化来调整自身的代谢活动。