南海造礁石珊瑚分布格局驅(qū)動因素及其環(huán)境適應(yīng)機(jī)制研究取得進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LMB）黃暉研究員團(tuán)隊(duì)在南海造礁石珊瑚的空間分布格局驅(qū)動因素及其環(huán)境適應(yīng)機(jī)制方面取得新研究進(jìn)展，相關(guān)成果以“Distribution patterns of reef-building corals in the Northwest Pacific and their environmental drivers”和“Local adaptation of trophic strategy determined the tolerance of coral Galaxea fascicularis to environmental fluctuations”發(fā)表在Science of the total Environment上。LMB助理研究員黃林韜、俞曉磊分別為論文的第一作者，研究員黃暉為通訊作者。
珊瑚礁具有重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與極高的生物多樣性。近年來，全球珊瑚礁因?yàn)楹Ｋ疁囟犬惓！⒑Ｑ笏峄腿祟惢顒拥纫蛩囟霈F(xiàn)嚴(yán)重退化。造礁石珊瑚作為珊瑚礁的框架生物，對珊瑚礁的形成與維持具有重要作用。南海的造礁石珊瑚資源豐富，其物種數(shù)量接近被稱為生物多樣性熱點(diǎn)區(qū)域的“珊瑚三角區(qū)”。然而受限于對南海造礁石珊瑚生物地理分布的系統(tǒng)認(rèn)識，其物種的空間分布格局及其驅(qū)動因素仍然不明確。此外，南海造礁石珊瑚分布廣泛，從福建沿岸到南沙群島都有造礁石珊瑚的分布，其中廣布種的分布緯度跨度甚至可超過15°，對于物種跨緯度梯度分布的適應(yīng)性機(jī)制也有待進(jìn)一步的研究。
研究通過對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行匯編，收集南海珊瑚物種的存在/缺失數(shù)據(jù)并完善了南海珊瑚物種分布數(shù)據(jù)庫。隨后集合形成西北太平洋海域15個(gè)生態(tài)區(qū)的造礁石珊瑚分布數(shù)據(jù)集，基于此研究南海及其鄰近海域造礁石珊瑚物種多樣性和分布模式，并探討其主要的環(huán)境驅(qū)動因素。南海造礁石珊瑚分布數(shù)據(jù)匯編結(jié)果表明，南海離岸島礁生態(tài)區(qū)共分布有536種造礁石珊瑚，進(jìn)一步明確了南海具有極高的造礁石珊瑚物種多樣性。隨后的分析結(jié)果表明西北太平洋的造礁石珊瑚物種豐富度呈現(xiàn)明顯的緯度多樣性梯度格局。珊瑚群落β多樣性分解的結(jié)果表明，β多樣性嵌套組分主要出現(xiàn)在低緯度和高緯度珊瑚礁區(qū)之間，而相同緯度之間群落的β多樣性主要以周轉(zhuǎn)組分為主，其中高緯度地區(qū)的周轉(zhuǎn)組分更為顯著。進(jìn)一步結(jié)合環(huán)境因子發(fā)現(xiàn)，珊瑚α多樣性和β多樣性模式都受到環(huán)境過濾效應(yīng)的影響。其中，溫度（尤其是冬季溫度）以及光照強(qiáng)度對物種豐富度和β多樣性格局都有顯著影響，表明低溫和光限制是珊瑚群落沿緯度梯度分布的主要環(huán)境過濾器。而高緯度地區(qū)溫度和濁度的差異是造成群落間周轉(zhuǎn)組分形成的主要原因。上述發(fā)現(xiàn)明確了南海造礁石珊瑚的物種資源狀況，闡明了南海及其鄰近海域不同生態(tài)區(qū)造礁石珊瑚的分布格局及其驅(qū)動因素，并指出環(huán)境過濾效應(yīng)在珊瑚分布格局形成中的重要作用。
圖1： 南海及其鄰近海域造礁石珊瑚分布格局
南海跨緯度的環(huán)境梯度背景下，探究珊瑚如何適應(yīng)差異環(huán)境而生存，是了解南海珊瑚現(xiàn)有分布并預(yù)測其在氣候變化下未來命運(yùn)的基礎(chǔ)。前期室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)南海廣布物種叢生盔形珊瑚能夠通過獨(dú)特的生理權(quán)衡機(jī)制適應(yīng)光照梯度差異（Yu et al,Coral Reefs,2023）。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對其開展了跨區(qū)域（南沙→三亞，跨10緯度）的原位移植實(shí)驗(yàn)，從營養(yǎng)生態(tài)學(xué)角度揭示了其對環(huán)境差異的適應(yīng)策略。結(jié)果表明，不同緯度來源的叢生盔形珊瑚對較高緯度低溫和弱光環(huán)境具有不同的適應(yīng)策略。在適應(yīng)三亞鹿回頭灣環(huán)境季節(jié)波動過程中，相比于來自南沙的叢生盔形珊瑚，三亞本地叢生盔形珊瑚的生理耐受性更強(qiáng)。從營養(yǎng)物質(zhì)組成角度，揭示了三亞本地叢生盔形珊瑚能夠通過調(diào)節(jié)脂肪酸結(jié)構(gòu)（降低飽和脂肪酸占比，提高多不飽和脂肪酸占比）以適應(yīng)環(huán)境季節(jié)波動的營養(yǎng)策略。而攝食能力較差導(dǎo)致脂類儲存不足，及其對于關(guān)鍵功能脂肪酸合成途徑的受阻，是南沙來源叢生盔形珊瑚無法適應(yīng)三亞鹿回頭灣環(huán)境季節(jié)波動的主要原因。因此，研究認(rèn)為叢生盔形珊瑚對環(huán)境變化的耐受性取決于其本地適應(yīng)的營養(yǎng)策略。此外，研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了熱帶典型造礁石珊瑚在短時(shí)間內(nèi)可能無法輕易實(shí)現(xiàn)相對高緯度區(qū)域珊瑚對季節(jié)性環(huán)境波動的快速適應(yīng)，從而對全球變化背景下造礁石珊瑚“北移”的避難所理論提出質(zhì)疑。
圖2： 南海叢生盔形珊瑚環(huán)境適應(yīng)的營養(yǎng)策略
上述研究通過解析南海造礁石珊瑚的空間分布格局驅(qū)動因素及其環(huán)境適應(yīng)機(jī)制，為南海造礁石珊瑚物種資源的保護(hù)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省科技規(guī)劃項(xiàng)目、廣州市科技規(guī)劃項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：
1. Huang L, Jiang L, Zhang Y, Yuan T, Sun Y, Liu C, Lei X, Yuan X, Lian J, Liu S, Huang H (2024) Distribution patterns of reef-building corals in the Northwest Pacific and their environmental drivers. Science of The Total Environment 946:174429
2. Yu X, Liu C, Jiang L, Huang L, Luo Y, Zhang P, Zhang Y, Liu S, Huang H (2024) Local adaptation of trophic strategy determined the tolerance of coral Galaxea fascicularis to environmental fluctuations. Science of The Total Environment 943:173694
3. Yu X, Jiang L, Luo Y, Liu C, Zhang Y, Huang L, Zhang P, Yuan X, Huang H (2023) Role of feeding and physiological trade-offs in sustaining resilience of the coral Galaxea fascicularis to light limitation. Coral Reefs, 2023, 42(6):1297-1312.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174429
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173694
https://doi.org/10.1007/s00338-023-02434-z
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