【科學史沙龍】〈微觀說珊瑚〉&〈珊瑚礁的庇護所——中光層珊瑚探秘〉

〈微觀說珊瑚〉

全世界約有 1,500 種珊瑚，位於所謂「珊瑚金三角」頂端的台灣，就有其中 400 多種，種類佔全世界四分之一以上。這種從三疊紀生存至今，外表脆弱且無尖牙利爪的生物，為何會成為海洋生態環境的重要指標？本講就珊瑚的基本構造說起，介紹「胞內共生」這個珊瑚特殊的生物現象，以及珊瑚白化的機轉。

講師：陳啟祥│國立海洋生物博物館館長

影響珊瑚成長發育的因素很多，像是海水溫度要在攝氏 23 到 28 度間，鹽度在 33% 到 36% 間，酸度在 pH 8.2 左右，光照強度大於 1% 到 5% 的表面光照度，海水水質清潔，海底底質堅硬等等。這些大多是環境因素，使得珊瑚對於海洋環境的變動極為敏感，也因此成為觀察海洋變化的極佳指標。

有時狀似石頭，有時又隨波搖擺的珊瑚，究竟是植物還是動物？在今天的分類學中，珊瑚被歸類為動物界—刺包動物門—珊瑚蟲綱—六放珊瑚亞綱—石珊瑚目，當然是一種動物；然而珊瑚這種動物卻跟植物有一種奇妙的胞內共生關係，體內有共生藻在內胚層細胞裡生長。我們耳熟能詳的珊瑚白化現象，就是因為這些共生藻離開珊瑚的內胚層所致，只要共生藻能夠及時回來，白化的珊瑚就可以恢復正常，否則就會死亡。

珊瑚宿主細胞以及共生藻在形成胞內共生關係時，會產生新的細胞現象或胞器。共生藻原本游移在海水中，在某種機轉下會被珊瑚細胞吸納至體內，並產生共生膜以及脂質體。共生藻行光合作用，產生的養分便儲藏在脂質體內，珊瑚也可以使用脂質體內的養分。脂質體只存在於共生的內胚層細胞，其密度與成分會隨著不同的共生狀態而變化，珊瑚白化愈嚴重，脂質體的密度就愈低。

針對脂質體的密度、形態以及構造進行研究後，我們發現胞內共生基本上受到光線驅動，依循每日光週期 24 小時循環一次，白天活躍，晚上沉寂；此外也會受到四季變化影響，夏季最旺，秋季最弱。由此我們得知，胞內共生是一種隨著光週期變化，逐漸成熟的步驟，這是影響珊瑚健康最重要的因素；任何改變海洋的光滲透度或其週期的改變，都會對珊瑚的微觀生理調控產生顯著影響。無論是想要扭轉珊瑚白化的趨勢，抑或藉由珊瑚觀察海洋生態變化，了解這些機轉都是極有幫助的。

 

〈珊瑚礁的庇護所——中光層珊瑚探秘〉

全球氣候變遷造成海水酸度上升、溫度劇烈變動，海中的熱帶雨林「淺水區珊瑚礁生態系」，面臨前所未有的挑戰。有科學家提出深海珊瑚庇護所假說，認為淺水珊瑚礁易受環境因素以及人為活動影響，發生白化或疾病現象，因此較不受這些因素影響的深海珊瑚礁，有機會成為淺水珊瑚礁的庇護所。水深 40 公尺以下，光線穿透率僅剩 1% ~ 10% 的中光層珊瑚，真能夠成為珊瑚白化的庇護所嗎？

講師：王立雪│國立海洋生物博物館研究主任

我們在前一講知道了光照是影響珊瑚成長最關鍵的因素。珊瑚礁生態系依據光線穿透多寡，可分為淺水珊瑚礁、中光層珊瑚礁、以及深海珊瑚礁。光線隨著波長不同，能夠穿透的深度也會產生差別，幾乎沒有光線可穿透到深海，穿透力最佳的藍光能夠抵達中光層，紫外線光的穿透力也還不差，紅光跟紅外線光就只能穿透到淺水層。

位於水深 40 公尺以內的淺水珊瑚礁，以石珊瑚以及依附在其中的魚類為主，這裡的珊瑚多半依靠共生藻行光合作用，提供主要的能量來源；介於水深 40 到 200 公尺的中光層珊瑚礁，則是以軟珊瑚為主，物種相對就沒有淺水珊瑚礁來得豐富，主要的能量來源是異營現象。淺水珊瑚礁由於接近海平面，比較容易受到波浪、風力、以及人類活動的破壞；中光層珊瑚礁雖然相對來說受到干擾的程度比較低，但有時也會受到拖網捕撈、鋪設管線、探勘作業等人類活動影響。

早期的中光層珊瑚研究，以調查物種分布、覆蓋率、及其遺傳演化為主；釐清這些基本資訊之後，就可以鑽研中光層珊瑚如何在低光照環境下生存的特殊適應。首先是中光層珊瑚的共生藻含量較低，但是相對地其共生藻葉綠素含量較高，其光合作用效率也較高，藉此彌補共生藻數量不足的劣勢；中光層珊瑚本身也在體型上產生了特殊型態適應，例如巨大星型珊瑚的扁平狀身形，可藉此增加可行光合作用的表面積。此外，珊瑚會隨著光照與海水溫度等等環境條件的變化，選擇不同系群的共生藻共生，中光層的巨大星型珊瑚與棘葉珊瑚等，甚至會產生特殊種類的螢光蛋白，將藍綠光與紫外線光轉換成橘紅光，以獲得近似於淺水層的光照條件。

台灣最適合研究中光層珊瑚的地方，是在恆春半島核三廠出水口，後壁湖附近水深 50 到 70 公尺處。研究人員以基因體以及脂質體學的角度，比較恆春半島西側與南側的淺水層以及中光層珊瑚的生理差異，並進行移植實驗做移地培養，進一步探討庇護所假說的可能性。藉由台灣得天獨厚的地利優勢，我們在珊瑚研究起步雖然比較晚，也能夠做出獨到的貢獻。