研究表明，耐熱珊瑚可以更好地在海洋熱浪中生存

我們的研究小組培育出的珊瑚能夠更好地抵御海洋熱浪。我們的工作現(xiàn)已發(fā)表于自然通訊表明，即使在一代人中，也有可能提高珊瑚的耐熱性。

我們使用選擇性育種來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：人類數(shù)千年來一直使用的一種技術(shù)，用于生產(chǎn)具有理想特征的動(dòng)植物。選擇性繁殖是人類如何將像狼一樣的狗變成圣伯納犬、吉娃娃和介于兩者之間的一切.

現(xiàn)在，選擇性繁殖被視為自然保護(hù)的工具，尤其是珊瑚礁。Coralassist 實(shí)驗(yàn)室（我們是其中的一部分）和帕勞國際珊瑚礁中心一直在專門研究珊瑚熱浪的生存。我們的最新成果是七年努力的結(jié)晶。

海洋熱浪引發(fā)大規(guī)模珊瑚白化和死亡，2023-2024 年被宣布為第四次全球大規(guī)模白化事件.輔助進(jìn)化方法（如選擇性育種）旨在促進(jìn)自然適應(yīng)，為以下珊瑚爭(zhēng)取時(shí)間氣候變化.

然而，與預(yù)計(jì)未來海洋熱浪的強(qiáng)度相比，我們選擇性繁殖的珊瑚的耐熱性改善是微不足道的。雖然選擇性育種是可行的，但它可能不是萬能的。我們?nèi)匀恍枰ㄟ^減少溫室氣體排放來解決大規(guī)模珊瑚白化的原因，以緩解變暖并給輔助進(jìn)化計(jì)劃時(shí)間生效。

如何培育耐熱的珊瑚

第一步是確定珊瑚礁上許多潛在母珊瑚的耐熱性。然后，我們選擇特定的個(gè)體來培育兩個(gè)獨(dú)立的后代家族，根據(jù)高耐熱性或低耐熱性進(jìn)行選擇。我們將這些后代飼養(yǎng)了三到四年，直到它們達(dá)到生殖成熟，然后測(cè)試它們的耐熱性。

我們針對(duì)兩種不同的性狀進(jìn)行了選擇性育種試驗(yàn)，要么是對(duì)短暫、強(qiáng)烈的高溫暴露的耐受性（溫度比正常高 3.5°C 持續(xù) 10 天）或強(qiáng)度較低但長期的暴露，更典型的自然海洋熱浪（比平均水平高 2.5°C，持續(xù)一個(gè)月）。這使我們能夠估計(jì)每個(gè)性狀的遺傳性、對(duì)選擇性育種的反應(yīng)以及兩個(gè)性狀是否具有共同的遺傳基礎(chǔ)。

選擇耐高溫而不是耐低溫的親本增強(qiáng)了其成年后代對(duì)這兩種測(cè)試性狀的耐受性。

遺傳力約為 0.2 到 0.3（從 0 到 1），這意味著后代耐熱性大約四分之一的變異是由于父母?jìng)鬟f的基因造成的。換句話說，這些性狀具有自然和人工選擇可以起作用的堅(jiān)實(shí)遺傳基礎(chǔ)。

我們根據(jù)以下方面衡量累積熱應(yīng)力和耐受性度加熱周 （°C-周），它反映了天氣的熱度和持續(xù)時(shí)間。鑒于在這些特定珊瑚中發(fā)現(xiàn)的性狀變異性，理論上，耐熱性可以在一代內(nèi)每周提高約 1°C。

然而，即使是這種級(jí)別的增強(qiáng)也可能不足以跟上越來越強(qiáng)烈的熱浪。根據(jù)氣候行動(dòng)，預(yù)計(jì)未來幾十年熱浪的強(qiáng)度將增加約每十年 3°C 周，比我們研究中實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)更快。

有趣的是，選擇性培育為高而非低、短應(yīng)力耐受性的珊瑚在長時(shí)間的熱應(yīng)激暴露中存活下來并不好。在沒有檢測(cè)到遺傳相關(guān)性的情況下，這些特征很可能是由獨(dú)立的基因集驅(qū)動(dòng)的，而擅長在短暫的劇烈熱應(yīng)激中幸存下來的珊瑚不一定最擅長在長期的海洋熱浪中幸存下來。

這將具有重要意義，因?yàn)橄襁@樣的工作將受益于廉價(jià)和快速的測(cè)試，這些測(cè)試可以有效地識(shí)別耐熱的菌落以進(jìn)行繁殖。然而，如果這些測(cè)試無法預(yù)測(cè)哪些珊瑚群落將在長達(dá)一個(gè)月的熱浪中幸存下來，那就是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

擴(kuò)大選擇性育種

由于可以選擇性地繁殖珊瑚以提高耐熱性，因此下一步是在野外進(jìn)行大規(guī)模試驗(yàn)。這可能需要部署大量選擇性繁殖的珊瑚，可能是直接在珊瑚礁上播種珊瑚幼蟲，或者在水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施中種植珊瑚。

要做到這一點(diǎn)，外植珊瑚本身必須具有繁殖能力，并為野生種群基因庫做出貢獻(xiàn)。在非常大的比例下執(zhí)行此操作將具有挑戰(zhàn)性，但可能沒有必要補(bǔ)充大面積的珊瑚覆蓋。

相反，創(chuàng)建一個(gè)戰(zhàn)略性位置較少的幼蟲生產(chǎn)中心網(wǎng)絡(luò)可能就足夠了，其中包含選擇性繁殖的高密度珊瑚，以最大限度地提高受精成功率。這些中心將用于播種其他珊瑚礁，并可以為有針對(duì)性的行動(dòng)提供更多的親魚。

仍需要更多的研究和開發(fā)，許多關(guān)鍵問題仍未得到解答。需要種植多少珊瑚才能達(dá)到預(yù)期的效果？我們能否確保沒有可能損害種群 （迄今為止的證據(jù)表明這不是一個(gè)很大的風(fēng)險(xiǎn)）嗎？一旦添加到野外，我們?nèi)绾伪苊膺x定性狀的稀釋？我們?nèi)绾巫畲蠡瘜?duì)選擇的反應(yīng)？

鑒于海洋變暖的速度，輔助進(jìn)化的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)需要盡快發(fā)生，他們才有機(jī)會(huì)成功，即使只是小規(guī)模的。最重要的是，珊瑚礁的生存仍然取決于緊急的氣候行動(dòng)。

利亞姆·拉克斯， 氣候變化生態(tài)學(xué)與進(jìn)化博士后研究助理，紐卡斯?fàn)柎髮W(xué);Adriana Humanes， 紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)珊瑚礁生態(tài)學(xué)博士后研究助理，紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)和詹姆斯·蓋斯特，珊瑚礁生態(tài)學(xué)讀者，紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)

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