专栏名称: 生命的智慧

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Science | 珊瑚请鱼来清除竞争对手海藻？

生命的智慧 · 公众号 · · 2025-01-12 00:00

正文

珊瑚分泌化学信号提示其共生鱼类帮助珊瑚清除与珊瑚竞争的绿丝藻

本研究发现虾虎鱼可以通过“吃”帮助珊瑚清除珊瑚的竞争者——绿丝藻，但是绿丝藻本身是一种有毒的藻类，虾虎鱼为什么会吃掉绿丝藻，并且能够存活呢？

本文主要揭示了虾虎鱼与珊瑚之间的共生关系，珊瑚为虾虎鱼提供栖息地，在珊瑚被绿丝藻侵害时，虾虎鱼宁愿“牺牲”自己也要保护自己的家园。这种共生关系对生物法保护珊瑚起到理论支撑作用。

项目介绍

鹿角珊瑚由于其独特的分支结构，为海底多种生物提供了生活场所，在保持海底生物多样性有重要功能。

但是由于人类活动，导致全球变暖、海洋酸化等环境改变使珊瑚在与海藻竞争中逐渐失利

在野外观察中发现富含草食鱼类的珊瑚礁，藻类的覆盖率较低，而在过度捕捞的珊瑚礁中，食草鱼类较少，珊瑚较少，大型藻类较多。

其中草食鱼类、珊瑚、藻类可能存在某种关系，导致其数量上呈相对制衡状态。

实验材料

实验材料如下：

1.帚状绿丝藻（Chlorodemis fastigiata）

帚状绿丝藻通过接触珊瑚导致珊瑚损伤。可能有微生物作用、传播疾病、分泌化学物质损伤珊瑚，其本身对多种生物有毒害作用。

2.鼻形鹿角珊瑚（Acropora nasuta）

鼻形鹿角珊瑚与虫黄藻共生，有光合作用的能力

3.两种专栖性虾虎鱼

宽纹叶虾虎鱼与棘头副虾虎鱼成年以后只会存在于一个珊瑚中，不会寻找其他的栖息地。其中宽纹叶虾虎鱼是有毒性的。

宽纹叶虾虎鱼（Gobiodon histrio）

棘头副虾虎鱼（P. echinocephalus）

4.圆额尖指蟹（Cyphyra rotundifron）

圆额尖指蟹生活在绿丝藻中，可以利用绿丝藻对其他生物的毒害作用躲避捕食者，并且可以吃绿丝藻。

实验假设

针对上述材料，我们提出以下假设

宽纹叶虾虎鱼棘头副虾虎鱼作为常年生活在珊瑚种的鱼类，可能会遇到珊瑚被绿丝藻损伤的情况，它们可能有能力处理这种“家”被毁坏了的情况。

因此我们提出第一个假设。

宽纹叶虾虎鱼与棘头副虾虎鱼是否可以抑制绿丝藻损伤珊瑚的作用？

圆额尖指蟹作为一种可以吃绿丝藻的生物，它可能会与两种虾虎鱼有相互作用。

那么鱼类保护珊瑚的作用是否与只生活在化感水藻螃蟹有相互作用？

其余假设如下：

1.不同的鱼类对珊瑚的保护方法是否不同。

2.珊瑚是否用化学方法提示鱼类清除接触点的绿丝藻。

3.鱼类食用绿丝藻是否会对捕食者产生更大的毒性。

实验方法

为了更好得模拟绿丝藻损伤珊瑚的状态，我们取尼龙绳作为绿丝藻的模拟物。

左图为绿丝藻，右图为尼龙绳，其形态均类似于头发丝，可以作为对照。保证物理条件一致

具体实验方法：

设计一个拱形的金属丝网，其上分别悬挂1 cm的绿丝藻和尼龙绳，并且保证其体积一致。

实验一：

我们分别用上述的两种绿丝藻和模拟物，分别处理220个珊瑚礁，其中各含虾虎鱼与圆额尖指蟹。分别接触三天后测量其藻类的丰度，以及珊瑚的光合效率的变化量（用来评价珊瑚被损伤的程度）

实验结果：

表中仅有虾虎鱼（Gobies only）无论是宽纹叶虾虎鱼还是棘头副虾虎鱼均导致藻类的丰度下降。但是仅有蟹类（Crab only）没有导致绿丝藻丰度下降。并且蟹类与虾虎鱼共存时，是虾虎鱼发挥了清除绿丝藻的作用。

上表中的数据在下图得到印证：

模拟物处理组（Mimic）会导致光合效率下降，可能是由于模拟物遮挡了光照。

藻类处理组（Alga）空白对照（Empty）导致珊瑚被绿丝藻损伤，光合效率降低。但是无论是宽纹叶虾虎鱼（G.histrio）还是棘头副虾虎鱼（P.echinocephalus）存在的条件下，光合效率变化降低较少，说明虾虎鱼可以清除绿丝藻，帮助珊瑚恢复到健康状态。

结论：两种虾虎鱼均可以清除损伤珊瑚的绿丝藻，并且与圆额尖指蟹在清除绿丝藻方面没有相互作用。

由背景简介可知：绿丝藻是通过接触珊瑚来损伤珊瑚，那么两种吓唬鱼是如何去除绿丝藻呢？

我们对两种虾虎鱼的肠道内容物分析。

发现在20个宽纹叶虾虎鱼（G.histrio）中，有17个肠道里面有绿丝藻，即宽纹叶虾虎鱼是通过吃的方式清除绿丝藻。

但在20个棘头副虾虎鱼（P.echinocephalus）中均未发现有绿丝藻，但是在水下摄影机拍摄的图像里发现，棘头副虾虎鱼是通过物理的清除来去除绿丝藻。

但是这出现了一个新的问题：

绿丝藻是一种有毒的藻类，比如：

1.圆额尖指蟹是利用绿丝藻的毒性，躲避在其中，防止被捕食。

2.棘头副虾虎鱼不是通过吃来清除绿丝藻，而是通过物理的方式来清除它。

绿丝藻作为一种有毒的藻类，宽纹叶虾虎鱼为什么会去吃它？

1.我们对宽纹叶虾虎鱼的毒理性进行分析。发现捕食过绿丝藻的宽纹叶虾虎鱼毒性更强。但是并不是绿丝藻的次级代谢物使它毒性增强。

2.并且我们在没有被绿丝藻侵染的珊瑚中，分析了宽纹叶虾虎鱼的肠道，发现其肠道中并没有绿丝藻

这也表明宽纹叶虾虎鱼并不是主动地去吃绿丝藻，而是其栖息场所——珊瑚被损伤后的无奈之举。

为了清楚是什么原因使虾虎鱼清除绿丝藻我们设置以下方法：

用注射器从不同地方吸取海水，然后评估虾虎鱼对注射液体的反应。在珊瑚上方放置网格，评估鱼类的运动趋势。

并且使用了鼻形鹿角珊瑚（A.nasuta）以及与其亲缘相近的多孔鹿角珊瑚（A.millepora）同样进行该实验。

组别如下：

1.从绿丝藻附近取样60ml海水

2.从绿丝藻与珊瑚的接触点取样60ml海水

3.珊瑚与绿丝藻接触后，除去绿丝藻20分钟，取样60ml海水（去除绿丝藻分泌的物质，留下被损伤珊瑚分泌的物质。在实验开始前，注射染料，其在2min后消散，用来评估绿丝藻气味的去除）

4.取远离珊瑚礁的地域取样60ml海水作为对照后

结果如下图：纵坐标表示在总数N=20个虾虎鱼中，被吸引的虾虎鱼数量。

在空白对照（Control）以及绿丝藻（Chlorodesmis）中均没有被吸引。被绿丝藻损伤后的珊瑚附近海水（Chlorodesmis/Arcopora contact）以及去除绿丝藻气味的被损伤后的珊瑚（Arcopora damaged）均使虾虎鱼朝向注射器移动。

结论：珊瑚被绿丝藻损伤后，分泌的某种化学物质吸引虾虎鱼。但是与其亲缘相近的多孔鹿角珊瑚却没有该反应。

为了清楚是否是绿丝藻的化学物质损伤了珊瑚，以及珊瑚被损伤后，分泌化学物质吸引虾虎鱼应答的时间。我们设计了以下实验。

实验组是用有机溶剂抽提绿丝藻中的化学物质，并将其等浓度地涂抹在藻类模拟物——尼龙绳上。

对照组用相同溶剂处理，但是不包含绿丝藻。

每隔30s观察虾虎鱼地运动状态，每5min记录一次。

实验结果如下：纵坐标表示在总数N=20个虾虎鱼中，被吸引的比例。

实验组（Treatment）在15min已经有70%的虾虎鱼做出反应，并且在30min后增加到95%。而对照组（Mimic）均没有做出反应。可以说明是绿丝藻的化学物质接触损伤珊瑚。

我们也对其他两种经常出现在珊瑚中的两种非专栖性鱼类也做了同样的实验。

宅泥鱼（Dascyllus aruanu）

蓝绿光鳃鱼（Chromis viridi）

结果表明：它们在珊瑚被破坏之后的24~48h之间已经逃离了珊瑚。并不会起到帮助珊瑚清楚绿丝藻的作用。

虽然它们不如上面两位牺牲自己保护珊瑚的勇士，但是，我想，在它们的鱼生当中应该有比保护自己的房子更重要的事情。

最后我们对共生虾虎鱼与珊瑚的共生关系做了广泛性的评估。

虾虎鱼发生在207个珊瑚礁出现比率为81 ±16%。

在澳大利亚的一项评估中11个鹿角珊瑚物种的1373个珊瑚礁中出现了1593个虾虎鱼个体。

这种普遍存在的现象可以更好的让我们开展保护珊瑚的措施。

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