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。

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