光是调节珊瑚生长方式的最重要因素

它们扇形成百合垫状的圆盘，随意地像鹿的鹿角一样分支，并在蹲下的小球体中快速地抓住海底。珊瑚有许多形状和大小 - 形式的多样性是由阳光驱动的。

“光是调节珊瑚生长方式的最重要因素，”生物学教授Roberto Iglesias-Prieto说。“随着时间的推移，珊瑚已经发展出各种形状，帮助它们最大限度地提高光照量。”

Iglesias-Prieto和生物学教授Todd LaJeunesse将在宾夕法尼亚州中部艺术节2019年的宾夕法尼亚州立大学的“发现艺术”展台上展示各种形状的珊瑚如何捕捉阳光。科学家们将为节日观众提供机会，将激光指示器照射到珊瑚骨架上，并亲眼目睹不同形状如何散射光线，从而增加表面积以增强光能的捕获。

据LaJeunesse说，光对珊瑚的生存至关重要，因为它是它们的主要能量来源。“珊瑚出现在非常营养不良的环境中，”他说。“他们通过与光合藻类保持共生关系来解决这个问题。”

通俗地称为虫黄藻，这些微小的藻类共生体生活在珊瑚细胞内，为动物提供从阳光中转化的能量。

“珊瑚和虫黄藻是世界上效率最高的轻型收割机 - 远远优于植物，”Iglesias-Prieto说。“它们可以吸收与绿色植物相同数量的光，但投资的叶绿素数量减少了一个数量级，这对初级生产者来说是最昂贵的。”

透露的身份

这种捕光共生伙伴关系很重要，因为它构成了世界上最多样化的生态系统之一的基础，为数百万种珊瑚栖息生物提供了栖息地。此外，珊瑚礁为数亿人提供环境和经济服务。例如，他们推动了价值数十亿美元的旅游业，仅佛罗里达群岛的珊瑚礁估计其资产价值接近80亿美元。它们还可以保护海岸线免受波浪作用，防止侵蚀和财产损失。此外，已经并将继续从生活在珊瑚礁上的动植物开发药物。

鉴于珊瑚礁提供了超过4,000亿美元的商品和服务，并支持如此巨大的生物多样性，令人担忧的是，由于过度捕捞，污染和气候变化，全世界许多珊瑚礁生态系统正在崩溃。

为了减缓或防止这种损失，科学家必须了解创造这些生态系统的生物的生物学。据LaJeunesse说，这意味着首先要知道你正在处理哪种藻类和珊瑚。不幸的是，直到最近，研究人员还无法辨别藻类。

“早在20世纪70年代，科学家就认为只有一种共生体与世界各地的珊瑚共存，”他说。“随着时间的推移，在他们的脑海中，这个数字增长到少数物种。我最近的工作表明，可能有成千上万种虫黄藻，它们承受温度压力的能力差异很大，以及高光和低光环境”

在过去十年中，LaJeunesse使用遗传工具正式描述物种。“我希望为这个研究领域奠定坚实的基础，这从良好的系统性和分类学开始，”他说。

LaJeunesse指出，了解哪种虫黄酮与哪种珊瑚发生，使科学家能够更好地研究生物的生态学，生理学和进化。

宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院的生物学教授罗伯托·伊格莱西亚斯 - 普列托(Roberto Iglesias-Prieto)演示了如何在用激光照射珊瑚的同时取得好成绩。图片来源：Patrick Mansell

散射光

这种物种水平的知识正在帮助Iglesias-Prieto研究藻类共生物种捕获阳光的能力之间的差异。例如，在一个项目中，他和他的学生正在使用荧光计来监测不同物种吸收的光量，而不仅仅是暴露在阳光下的动物顶部，而且还来自暴露在阳光下的动物顶部。动物，通过“后向散射”的过程。

“珊瑚在其所有组织中都含有共生体，而不仅仅是顶部表面的共生体，”Iglesias-Prieto说。“珊瑚骨架的形状有助于捕获太阳光，当它从海床或其他物体反弹并撞击这些不易接近的表面时。”

他说，通常情况下，这个过程对珊瑚很有帮助，但有时候它会对有机体接收太多光线做出贡献。

“当初级生产者暴露在过度光线下时，它们往往会减少色素沉着，”Iglesias-Prieto说。“想想一个室内植物放在一个阳光明媚的窗户;它的叶子颜色比同样的植物放在一个较暗的地方的颜色更浅。但是，在珊瑚中，减少了面对阳光的动物一侧的色素沉着由于动物骨骼的后向散射增加，有时不足以保护它免受太多光照。“

他说，这可能会导致珊瑚褪色，这种现象在光线，温度或疾病的压力下 - 藻类被排出，动物饿死。

“了解珊瑚及其共生藻类如何随着时间的推移共同进化，以最大限度地吸收光线，这对于确定这些重要生物如何应对环境变化非常重要，特别是那些因人类活动而发生的变化，”伊格莱西亚斯说。 -Prieto。