研究气候对珊瑚影响的新成果
（一）探索气候变暖影响珊瑚存活的新信息
1．调查气候变暖导致珊瑚白化的新发现
发现气候变暖使大堡礁珊瑚严重白化。[69]2021年11月，澳大利亚詹姆斯·库克大学珊瑚礁研究示范中心特里·休斯教授主持的一个研究小组，在《当代生物学》杂志上发表论文称，过去20多年，气候变化及由此导致的海水升温对大堡礁造成严重危害，在此期间只极少数的大堡礁珊瑚能避免白化。
大堡礁是澳大利亚东北海岸外一系列珊瑚岛礁的总称，是世界上最大的珊瑚礁群，绵延2000多公里，是超过1500种鱼类的家园。珊瑚的色彩来自其体内的共生海藻。水温升高或酸碱度变化时海藻会减少，珊瑚逐渐变成白色。如果环境无法恢复，珊瑚甚至会死亡。
休斯说，他们利用大堡礁1998年、2002年、2016年、2017年和2020年5次大规模白化事件的相关数据，对整个大堡礁发生白化的位置、程度等进行评估后发现，自1998年以来只有约2%的大堡礁珊瑚“躲过”了白化。研究还发现，在2016年、2017年和2020年三个年份中，约80%的大堡礁珊瑚发生严重白化。与此前经历过海水升温的珊瑚相比，没有这类经历的珊瑚面临海水升温时会更加脆弱。
研究人员说，气候变化带来的多种干扰因素会相互作用，因此往往难以根据单一事件预测珊瑚所受到的影响。
2．防治气候变暖导致珊瑚白化研究的新进展
⑴发现藻类基因作用可使珊瑚避免白化现象。[70] 2016年6月15日，澳大利亚新南威尔士大学网站报道，该校教授彼得·斯坦伯格、博士生蕾切尔·莱文，以及悉尼海洋学研究所、澳大利亚海洋学研究所和墨尔本大学等相关专家组成一个研究团队，在《分子生物学与进化》上发表论文称，他们首次发现，藻类基因的“中和”作用，能够解释为何一些珊瑚能够承受海洋温度升高，并避免珊瑚白化现象。
热带珊瑚和寄居于其体内的藻类，是互惠共生关系。微小的共生藻通过光合作用，成为珊瑚90%以上的食物来源。没有了这些藻类，热带珊瑚也无法继续生存。
共生藻受到海水升温的刺激，会释放过量有毒化学物，包括臭氧，这些有毒物质会同时破坏藻类自身及其赖以栖身的珊瑚，导致珊瑚因排斥共生藻而最终白化死亡。
莱文说，研究人员首次发现，为应对海水升温，有些共生藻会激活某种基因来生成特定的蛋白质，以中和有毒物质。
研究人员从澳大利亚大堡礁附近两处不同水温海域采集了珊瑚，对比了其中的共生藻类。结果发现，水温较低区域的珊瑚在温度升高时，其体内的藻类受到破坏并被珊瑚排出体外。而水温较高区域的珊瑚在温度升高时，其体内的藻类仍然很健康，并没有被珊瑚排斥。莱文说，只有与温水区珊瑚共生的藻类，才能在受到升温刺激时，激活特定基因来对抗有毒物质。
研究还发现，与冷热不同区域珊瑚共生的藻类在热力作用下，有可能从普通的无性繁殖转化为有性繁殖。有性繁殖可以加速进化，使某些藻类尽快适应海水温度升高，同时也避免了珊瑚白化。
斯坦伯格说：“海洋系统不断遭受多重环境威胁的挑战，我们不能只是描述这些威胁的严重性，还应该了解海洋生物和海洋生态系统适应并克服这些威胁的能力，这至关重要。”
⑵发现可防止珊瑚因气候变暖白化死亡的物质。[71]2018年5月，日本京都大学和东京大学等机构组成的一个研究小组，在《海洋生物技术》杂志网络版上发表论文称，随着全球变暖和海水升温，全球多处海洋出现了珊瑚白化死亡的现象。他们对此进行研究，发现了一种能够防止珊瑚白化的化学物质，今后或可用于海洋珊瑚资源保护。
该研究小组通过大数据分析，在分子水平上揭示了全球变暖导致珊瑚白化死亡的机理，他们推测问题在于海水升温而产生了过多的活性氧。
在实验中，当海水温度高达33℃时，氧化还原纳米粒子核糖核蛋白复合体（RNP）能够清除活性氧，显著提高鹿角珊瑚幼虫的存活率，可能适用于珊瑚保护。研究人员下一步将实地检验其效果，并寻找其他高分子材料来替代这种纳米粒子，以确保不会影响海洋生态。
⑶发现珊瑚与共生藻类关系变化可助白化珊瑚恢复。[72]2020年12月，加拿大维多利亚大学朱莉娅·鲍姆及其同事组成的一个研究小组，在《自然·通讯》杂志发表论文称，他们研究发现，珊瑚与共生藻类的关系，可以帮助白化珊瑚在持续温暖的水域中恢复过来，但只有在当地没有强烈的人类干扰的情况下才可以。这项研究成果，可能对管理珊瑚和预测它们对未来气候变化的反应产生影响。
研究人员指出，气候变化造成的海洋热浪越来越频繁，对世界上的珊瑚礁构成严重威胁。气候变暖导致珊瑚将生活在其组织内提供营养的共生藻类排出，这将导致白化，使珊瑚更容易受到饥饿、疾病和死亡的影响。虽然有些藻类跟其他藻类相比能让珊瑚更耐高温，但此前的研究表明，白化珊瑚需要水温恢复正常，才能重新获得藻类并恢复。
该研究小组，在2015年至2016年热带海洋热浪期间，研究了太平洋基里蒂马蒂环礁的珊瑚。该环礁受到的人类干扰呈现出一定的梯度：一端是村庄和基础设施，另一端则几乎没有人类干扰。热浪来临前，环礁“受干扰”一端的珊瑚寄居着耐高温的藻类，而受干扰较少地区的珊瑚则含有对热敏感的共生体。热浪持续两个月后，以耐热藻类为主的珊瑚，如预期的那样，白化的可能性较小。一些包含对热敏感藻类的珊瑚白化了，但在海水仍然温暖的时候又意外地恢复了。
这种效果以前未曾有记录，而且只在没有强烈本地干扰的地区观察到，这似乎是因为珊瑚将热敏藻类排出，以更耐高温的物种取而代之。
研究人员认为，这项研究表明，珊瑚可能有多种途径在长期热浪中生存下来：它们有可能能够抵御白化或从白化中恢复过来，这些途径受其共生关系的影响。测试这些途径如何受到珊瑚与共生体组合和人类干扰模式的影响，有助于在未来的长期热浪中管理珊瑚礁。
（二）探索珊瑚对抗气候变暖影响的新信息
1．寻找耐热珊瑚物种的新进展
⑴发现暖水珊瑚物种能够抵抗气候变暖的影响。[73]2017年5月18日，《中国科学报》报道，瑞士联邦理工学院生物学家托马斯·克鲁格等人组成的一个研究小组展示的研究成果表明，如果位于红海北部的珊瑚能够免受污染，它们的独特进化历史意味着，即便全球变暖温度升高，它们也可能生存到本世纪末，甚至变得更加欣欣向荣。
如果水温比夏季正常水温连续数周升高1℃，那么珊瑚就会赶走生活在其中的藻类，这一过程叫做白化。然而，位于红海北部一些地区的一种常见珊瑚，即便在水温比当地目前最高温度升高2℃时，仍能繁荣生长。当这种珊瑚连续6周处于2050年到2100年的温度模式时，它甚至比现在生长得更快。
克鲁格说：“这种珊瑚没有白化。实际上，伴生在其中的藻类的健康程度提高了。”
有迹象表明红海北部的其他珊瑚物种，也能够耐受高温。在末次盛冰期，全球海平面下降了120米，在很大程度上把红海与其他海洋隔绝。这里的含盐量非常高，能够杀死珊瑚。随后，在约6000年前，在海平面再次升高之后，珊瑚从南部重新迁徙到红海，那里的环境更加炎热。现在生长在红海北部的珊瑚，在夏季时经历的最高海水温度在27℃左右，它们是曾经生活在水温可达30℃以上珊瑚的后代。这表明红海北部的珊瑚可能天然能够抵抗炎热，从而在比夏季最高水温高出若干摄氏度的水中生长。
⑵发现部分珊瑚物种对海洋暖化和酸化具有韧性。[74]2022年3月，美国俄亥俄州立大学罗文·麦克拉克伦及其同事组成的研究团队，在《科学报告》杂志上发表论文称，他们通过分析三个夏威夷珊瑚物种发现，一些珊瑚物种对海洋暖化和酸化所产生的影响具有韧性。这项研究结果，有助于人们进一步认识部分珊瑚在海洋环境变化下的潜在生存及适应能力。
研究人员指出，世界各地的珊瑚礁，正在面临气候变化带来的海洋暖化和酸化威胁，这会对珊瑚健康构成巨大压力，可能会导致大面积珊瑚白化。
该研究团队于2015年8月29日至11月11日，从夏威夷四个珊瑚礁分布地址，采集了三个不同珊瑚物种的66个样本。这三个珊瑚物种，分别是多分支板状石珊瑚、扁缩滨珊瑚、团块滨珊瑚。这些样本被存放在4种不同条件的海水缸中：一是模拟当前海洋条件的对照缸；二是模拟了海洋酸化(-0.2 pH单位)的条件；三是模拟了海洋暖化(+2℃)的条件；四是结合海洋酸化和暖化的条件。珊瑚样本在这些不同条件下放置了22个月。
他们发现，珊瑚的生存受到温度的影响，只有61%的珊瑚样本能在更温暖的条件下生存下来，而对照组的比例为92%。在3种不同的气候变化条件下，多分支板状石珊瑚的存活率低于扁缩滨珊瑚，两者的存活率分别为67%和83%。在结合了暖化和酸化的条件下，扁缩滨珊瑚的生命力，比多分支板状石珊瑚和团块滨珊瑚更强，前者的样本存活率为71%，后两者为46%和56%。
研究人员表示，与对照组的情况不同，很多多分支板状石珊瑚个体得不到足够能量，无法在结合不同气候变化条件的情况下生存下来。这或许解释了为何它的死亡率比扁缩滨珊瑚更高；相比之下，扁缩滨珊瑚能在未来海洋条件下获得更多的能量。在对照条件和模拟未来海洋条件存活下来的团块滨珊瑚之间，生理差异很小。
他们研究认为，扁缩滨珊瑚物种对于温度和酸化的韧性，以及它们在造礁中的作用，让人们有理由相信，部分珊瑚礁生态系统或许能在不断变化的海洋环境中生存下来。
⑶运用人工智能帮助寻找耐热珊瑚物种。[75] 2022年3月29日，澳大利亚海洋科学研究所一个珊瑚礁修复研究团队，在《自然·通讯》杂志上发表的一篇论文，描述了一个结合繁殖实验、遥感技术和机器学习的模型框架，用来定位大堡礁中能将很高的耐热性传给后代的可繁殖珊瑚物种。该结果或有助于寻找到能抵抗气候变化影响的珊瑚礁，促进对受损珊瑚的修复工作。
气候变暖正在把珊瑚推向它们的耐热极限，这会导致珊瑚礁白化和退化。通过理解这种耐热性的遗传度，可以鉴别出能抵抗气候变暖的珊瑚并预测它们所在位置，这对全世界范围内正在计划的珊瑚礁修复项目具有重要意义。
研究人员表示，他们对一种鹿角珊瑚开展了基于实验室的繁殖实验，增进了人们对珊瑚如何在热应激下生存以及如何获得更高的耐热性的理解。研究团队随后利用机器学习模型开发了一个预测框架，来预测适合耐热成年珊瑚出现的条件，并利用卫星探测的环境数据寻找大堡礁上这类珊瑚生活的位置。他们发现，约7.5%的珊瑚礁上可能生活着耐热珊瑚，而且纬度并不是预测耐热性的良好指标。他们认为，日均温度极高、经历过长期暖化的珊瑚礁才是适合这类珊瑚生活的理想条件。
这一研究结果，对于全球的珊瑚礁管理者以及旨在修复珊瑚礁的实际保育工作，具有重要的参考价值。
2．寻找提高珊瑚耐热性的新方法
发现细菌能帮助珊瑚在高温下存活。[76]2021年8月，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学，生物学家艾瑞卡·桑托罗等人组成的一个研究小组，在《科学进展》发表论文称，他们的研究表明，用有益细菌组成的益生菌“鸡尾酒”治疗珊瑚，可以在白化后提高珊瑚存活率。这种方法，可以在预测的热浪来临之前实施，以便帮助珊瑚从高温中恢复过来。
气候变化正在提高海洋温度，这破坏了珊瑚及其共生光合藻类之间的关系，并导致白化。该研究小组提出，通过影响珊瑚微生物群可能会增强它们的耐受性。为了验证这一点，研究人员选择了6种从珊瑚中分离出来的有益菌株，并将相关混合物施用到珊瑚上。与此同时，研究人员让珊瑚暴露的环境温度，在10天内上升到30℃，然后回落到26℃。他们监测了珊瑚的健康状况，以及微生物多样性和代谢参数。
起初，没有什么不同，有益生菌与没有益生菌的珊瑚，在峰值温度下的反应相似，而且都发生了白化。桑托罗说：“但当降低温度后，我们观察到用益生菌治疗的珊瑚发生了明显不同。”益生菌治疗改善了珊瑚在热应激事件后的反应和恢复，把存活率从60%提高到100%。
研究人员发现，在恢复期，使用了益生菌的珊瑚，凋亡和细胞重建相关基因表达降低，热应激保护基因表达增加。
使用益生菌是帮助珊瑚应对热压力的有效工具，但它不是灵丹妙药。桑托罗表示，对于保护珊瑚，最重要的是减少温室气体排放，珊瑚将需要所有这些干预措施。
