五彩斑斓的珊瑚是海洋中美丽的风景线,也是海洋环境的风向标。当海洋环境发生变化,珊瑚的生存环境受到威胁时,彩色就会转为枯骨般的白色。正常珊瑚(左)和白化珊瑚(右) | 参考文献[1]
为了解答这个问题,先要了解珊瑚颜色的本质。它们看上去像是海底的植物,实际上是由腔肠动物珊瑚虫构成的集合体。新的珊瑚虫在先辈们的遗骨堆上生长,分泌出碳酸钙作为外壳;长大了之后不断繁殖,珊瑚的枝丫也就越来越茂盛。因此,珊瑚体本身呈碳酸钙的白色。而我们看到的珊瑚色彩,来自寄生在珊瑚身上的共生藻类。这些藻类可以进行光合作用,为珊瑚提供养分。多彩的珊瑚 | Wikipedia,Richard Ling / CC BY-SA (http:///licenses/by-sa/3.0/)
当海洋环境变化,比如海水温度上升,或者养分缺乏,就有可能破坏珊瑚和藻类的共生关系。藻类离开珊瑚体,珊瑚也失去了藻类带有的色素。原本可以被共生藻色素吸收的光,照射到珊瑚本体上,都被反向散射出去,因此使珊瑚呈现出枯骨般惨白的颜色,形成了白化。如果白化的珊瑚不能尽快修复与共生藻类的关系,就会失去养分来源,最终走向死亡。但是,2020年5月发表在《当代生物学》上的一项研究中,来自英国南安普顿大学的埃琳娜·博拉蒂(Elena Bollati)团队发现了一个神奇的现象:一些因生存环境恶劣而白化的珊瑚,竟然呈现也了斑斓的色彩。 2010~2019年期间,全球多地发现了具有丰富色彩的白化珊瑚 | 参考文献[3]
在损失了藻类的情况下,珊瑚上斑斓的色彩似乎只剩一个来源——珊瑚本体。可是,原本是白色的珊瑚怎样才能产生五彩斑斓的颜色呢?科学家们做了一个假设:随着温度升高,珊瑚上共生藻类减少,原本能被藻类色素吸收的光,照射到了珊瑚的外壳上。为了避免被大量的光灼伤,珊瑚会产生荧光蛋白和色素蛋白,用于产生色素,吸收部分光线。这些色素最终让珊瑚展现出缤纷的色彩。就好比我们在太阳底下晒久了,为了防止晒伤,会产生黑色素吸收紫外线,于是就晒黑了。为了证明这个假设,科学家们利用聚焦的红光(这个波长只会诱发珊瑚白化,不会使其产生绿色荧光蛋白)促使地衣微孔珊瑚(Porites lichen)白化,之后分别照射低能量的绿光和高能量的蓝光,观察有没有色素生成。在照射红光前,健康珊瑚没有呈现荧光色,也就是说没有产生色素:珊瑚的色素水平变化过程:白化第0天 | 参考文献[3]
照射红光11天后,可以明显看到珊瑚颜色褪去,发生了白化。珊瑚的色素水平变化过程:白化第11天 | 参考文献[3]
接下来,科学家使白化了的珊瑚,分别暴露在绿光和蓝光中。29天后,绿光照射后的珊瑚没有明显变化,但是能量更高的蓝光照射后,白化的珊瑚呈现出了明显的荧光色。珊瑚的色素水平变化过程:白化第29天 | 参考文献[3]
这说明,白化的珊瑚在高能量的光射下,确实会发动自身“潜能”,自己给自己加点颜色。除了温度升高,其他生成压力导致的珊瑚白化,会不会也进一步让珊瑚产生色素,最后变色呢?科学家将珊瑚分为两组,让它们都生活在适宜的水温中,其中一组能获得充分食物,而另一组将要忍受饥饿。按照预想,养分不足的珊瑚出现了因藻体离开导致的白化现象。6周后,白化了的珊瑚产生了荧光色素。也就是说,无论导致白化的原因是什么,随白化而来的高能量阳光照射,才是珊瑚变色的原因。在营养充足和营养不平衡的情况下,珊瑚发生的颜色变化 | 参考文献[3]
科学家们发现一个有意思的现象:巴拿马的孔珊瑚白化事件中,白化后又呈现鲜艳蓝绿色的珊瑚,存活率相当高。于是,他们推测,“变成彩色”或许是珊瑚的一种自我保护。健康珊瑚表面有共生的藻类,可以吸收绝大部分太阳直射光,内部的蓝光通量很低,不足以积累色素,所以珊瑚的表层细胞不需要光保护色素,为白色。叶形表孔珊瑚的健康状态,棕色圆圈代表共生藻类 | 参考文献[3]
白化后,珊瑚失去了共生藻类的保护,强光直射在珊瑚体表,产生了高强度的散射光和反射光,增强的蓝光迫使珊瑚自身产生了大量的色素保护自己,这些色素给珊瑚重新带来了斑斓的色彩。叶形表孔珊瑚从白化状态(左)到彩色状态(右) | 参考文献[3]
一方面,色素降低了强光的反射和散射,另一方面,珊瑚内部光通量减少,又正好再次适宜共生藻居住,藻类得以慢慢回到珊瑚中,重新建立起共生关系,给珊瑚提供营养,还会吸收蓝光。因此珊瑚不用再产生色素保护自己,又变回了最初朴素的样子。在这样一圈巧妙的光反馈回路下,珊瑚变色是它们对极端环境做出的应激反应,使自己能更好地适应变化的环境,努力度过生存的难关。孔珊瑚(A)和鹿角珊瑚(D)的白化-变色经历 | 参考文献[3]
但并不是所有变成彩色的珊瑚都能成功度过危机,如果海洋环境持续恶化,海洋温度持续上升,这些珊瑚长期不能恢复和藻类的共生关系,最终还是会因为营养不足而死亡。在人类看来,珊瑚变成彩色,恢复了鲜艳美丽的模样,但对珊瑚来说,更像是用尽力量面对生存危机,做着最后的抵抗啊……B 25%。珊瑚礁的面积不到全球海洋0.2%,却养育了海洋中约四分之一的生物。