科学家揭示珊瑚的高温驯化适应机制 让“适者生存”加速上演,为珊瑚提供应对气候变化路径******
科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径。尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
——江雷 中国科学院南海海洋研究所助理研究员
◎本报记者 何 亮
珊瑚作为一种海洋生物,因其缤纷的色彩、特殊的生存方式而受到人们的关注。珊瑚对生存环境的变化较为敏感、对生存环境的要求较为苛刻,气候变化影响下的水温升高会导致大量珊瑚白化死亡。
近日,生态学期刊《分子生态学》在线发表了由中国科学院南海海洋研究所黄晖团队领衔完成的论文,揭示了珊瑚应对气候变暖的驯化适应及其生理和分子机制。论文共同第一作者、中国科学院南海海洋研究所助理研究员江雷在接受科技日报记者采访时表示:“这项研究有助于我们正确认识珊瑚对海水升温的适应潜力,为人类保护珊瑚礁提供了正面、积极的启示。”
孵幼型珊瑚,礁体上的“拓荒者”
长期以来,珊瑚除了因为五彩斑斓的色彩而备受人们关注,关于它还有一个问题常常令人困惑——珊瑚究竟是动物,还是植物?
事实上,珊瑚是动物,是一种较低等的刺胞动物。珊瑚之所以色彩斑斓,是因为其体内生活着一种微小的藻类——虫黄藻。虫黄藻可以通过光合作用为珊瑚提供能量,保证珊瑚的生存。如果珊瑚失去虫黄藻,就会饿肚子,最终因没有能量来源而饿死。
珊瑚与虫黄藻复杂的共生关系,不仅关乎珊瑚的生存,也是科研人员研究的重点。此次研究中,黄晖研究团队主要研究的珊瑚种类是孵幼型鹿角杯形珊瑚。
“孵幼型鹿角杯形珊瑚比较特殊,是‘先锋物种’,这也是我们选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象的一个原因。当一个生态系统受到破坏或者干扰的时候,‘先锋物种’是最早出现的一类生物。‘先锋物种’就像‘拓荒者’一样,率先开启了生态演替和重塑生物群落的旅程。”江雷表示,“因为发育快,繁殖能力强等原因,一旦有新的合适生存环境出现,孵幼型鹿角杯形珊瑚的幼虫会最先长到礁体上开拓生存环境,并对礁体进行相应改造。之后才会有其他的生物相继进驻这一生存环境。”
选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象,另一个重要的原因是其对环境的适应类型。江雷介绍,在自然界,生物对环境的适应有两种不同类型:一种类型称作表型可塑性适应,即生物的生理过程是弹性可变的,生物通过调整机能适应环境变化;另一种类型称作进化适应(又称遗传适应),即生物在许多世代中由自然选择进行演化、筛选,最终完成对环境变化的适应。
“我们选择表型可塑性适应来进行研究,是因为对这种适应类型的研究时间周期较短,容易捕获研究结果,显现成果差异。”江雷表示。孵幼型鹿角杯形珊瑚的繁殖方式是体内受精,幼体在母体内发育,发育成为幼虫之后,再由母体排出体外。孵幼型鹿角杯形珊瑚排放出来的幼虫发育周期在1个月左右,是卵生型珊瑚的十分之一。
开展对比实验,揭示生理调节机制
在中科院南海海洋研究所的实验室里,一排排灯光格外显眼。光线照射下,颜色各异的珊瑚生活在人工营造的生态系统里。江雷等科研人员对孵幼型鹿角杯形珊瑚的驯化实验也正是在这里进行。
“在野外,珊瑚生存的正常水温是29摄氏度。我们通过温控系统,将珊瑚缸中的水温以每天约0.5摄氏度的速度进行提升。大约一个星期后,珊瑚缸中的水温会升至32摄氏度,并保持此温度。此次研究中的孵幼型鹿角杯形珊瑚幼虫,正是在上述高温环境中完成在母体珊瑚体内的发育和出生。”江雷说。
在长达1个月的研究中,科研人员观察到了很多现象。经过高温驯化后,孵幼型鹿角杯形珊瑚母体的代谢受到了不利影响,不仅光合作用降低,还发生了白化现象。可是,驯化组子代幼虫的表现却不一样,与对照组子代幼虫相比,经过高温驯化的子代幼虫能适应更高的水温,其最适生存温度有了明显提升,对高温的适应性得到了增强。江雷表示:“这说明,仅仅一个月的驯化就对子代幼虫的表型产生了较为明显的影响。”
仅凭一组数据,尚不足以得出定论。接下来,科研人员又进行了交叉移植实验。科研人员分别将经历了驯化组的幼虫和对照组的幼虫置于对照温度与高温环境。对比的结果与此前的结论较好地吻合,证明珊瑚母体的热驯化缓解了高温对子代幼虫的不利影响。
“上述现象背后,是珊瑚幼虫生理状态的调整。”江雷表示,在驯化之后,幼虫的虫黄藻的光合活性与光合速率得到了提高。幼虫的虫黄藻变得更强大,对高温的适应能力也更好。与此同时,幼虫的呼吸消耗降低了。这就意味着,幼虫能在获得更多营养物质的同时,支出更少的能量消耗。
“这一生理调节机制对珊瑚幼虫来说,可谓是大有裨益。”江雷表示,处于浮游阶段的幼虫,能量物质的补充全部依赖于虫黄藻的光合作用。如果生产得多且消耗得少,幼虫的能量储备就会更加充足,也会利于其生存。
此次研究中,科研人员还发现,驯化后的珊瑚幼虫中负责从虫黄藻转移脂类、糖类和氨基酸等营养物质的宿主转运蛋白基因表达也发生了显著上调,与此前发现的相关生理机制相符。
发挥科技力量,提供更多拯救路径
在气候变化影响导致水温升高、威胁珊瑚种群生存的当下,我们能否利用科技找到更多拯救珊瑚种群的路径?
“在气候变化越发明显的当下,每一次海洋热浪事件都相当于对珊瑚的一次驯化。”江雷表示,在未来,野外环境中的驯化事件及其引发的适应效应将会越来越多。
在我国,珊瑚修复工作正在如火如荼地展开。借助中国南海相对于其他珊瑚生活海域位置偏北的地理位置优势,我国科研人员在三亚、西沙等潮间带浅水区的极端生境中寻找能够存活下来的珊瑚,并将它们移植到实验室进行选育扩繁,最终把这些珊瑚再次回植到天然的生境中。
“此次研究的孵幼型鹿角杯形珊瑚,也来自生境恶劣的潮间带。”江雷表示,在海底种珊瑚与在陆地上植树造林有一定的相似之处,却比在陆地上植树造林辛苦得多。科研人员要背着数十斤重的装备在水底打桩固定,水下失重的环境也让工作难度大大提升。
此次研究的论文通讯作者、中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员黄晖介绍,截至目前,南海海洋研究所共建设了40亩苗圃,一年可产出约7万株珊瑚苗;还建设了300亩的修复区,扭转了实验依靠野外采苗的现状。目前,科研人员播种到海床的珊瑚苗均出自人工培育。
“尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。”江雷表示,科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径,而解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
勇立文化育人潮头 答好时代命题“考卷”******
作者:徐峰(河南农业大学党委学工部部长)
党的二十大立足新时代新征程的历史方位,深刻分析我国发展面临的形势和挑战,全面部署未来5年乃至更长时期党和国家事业发展的目标任务和大政方针。青年是社会主义建设接班人、主力军,做好青年人思想政治工作,是高校“立德树人”的内在要求,更是为祖国现代化建设培养政治立场坚定、工作素质过硬人才的重要环节。
全国高校思想政治工作会议也指出,做好高校思想政治工作,“要更加注重以文化人以文育人,广泛开展文明校园创建,开展形式多样、健康向上、格调高雅的校园文化活动,广泛开展各类社会实践”。相对于政治理论学习、思想政治教育,文化育人更注重滋养、浸润,润物无声,久久为功。如何将无形的文化内化于心、外化于行,转变为思想政治教育的内核力量、学生成长成才的内生动力成为摆在我们面前的时代命题“考卷”。
文化育人不尚空谈,对大学生思想政治教育而言,文化育人不是坐而论道,而应是实实在在的行动。做到这一点,首先一个前提是要明确校园文化的内涵和概念。对高校而言,校园文化包括政治文化、组织制度文化、历史文化(中华优秀传统文化、革命历史文化、校史文化)、精神符号文化、建筑景观文化、专业特色文化、生活行为文化等维度,其内容丰富多彩,而且具有极强的校园特色。这为我们开展以文化人、以文育人提供了深厚的基础,成为高校培育人才的重要阵地和抓手。
在深刻理解校园文化的内涵基础上,河南农业大学统筹各级各类文化资源,从三个维度开展了文化育人实践:一是突出立德树人根本任务,通过打造政工干部和青年学生党的创新理论“双百”宣讲、“红色星期二”政治理论专题学习日、“爱祖国·升国旗”专项活动等政治理论教育品牌,弘扬社会主义先进文化。二是突出学校办学优势和特色,坚持“一院一品”原则,将中华优秀传统文化和学校办学特色紧密结合,以传统二十四节气为时间轴持续打造学校弘农爱国文化节(全年42场)。例如,清明、谷雨时节的“茶文化节”、芒种时节的“食品文化节”、秋分时节的“弘农爱国嘉年华暨中国农民丰收节”等文化活动品牌。三是围绕成长成才主题主线,锚定为党育人、为国育才目标,结合学生成长成才规律和特点,针对新生实施“二三六”入学教育,通过让学生读校史,提升学农爱农、立志成才的思想自觉;针对二三年级学生实施“创·赢未来”计划,举办农创沙龙、农创科技节活动,提升学生创新创业能力;针对毕业班学生开展“启航新征程”育人文化活动,通过开展“立鸿鹄志”优秀毕业生事迹汇编、为毕业生制作文化书签等活动,浓厚与时代共进步的文化氛围。
文化育人是一项系统工程,就文化而讲文化、举办一次两次文化讲座活动不是我们的目的。文化育人是思想政治教育不可或缺的组成部分,将文化育人放在思想政治教育的大海才能保证其生命力和活跃度。为此,河南农业大学持续深化校园文化建设。
一是大力加强工作体系建设。策划实施《大学生“品格、品行、品位”主题教育活动》,在全体学生中开展“品格、品行、品位”教育,将一个个单项文化育人项目整合在一起,实施文化育人“十大工程”,理顺、完善文化育人工作体系,构建文化育人的大格局。
二是大力加强工作合力建设。实施新农科背景下农林高校德智体美劳全面发展人才培养模式改革,将文化育人放在人才培养模式改革的大视野下,在党建思政、教育教学、实践磨砺、队伍建设、治理体系全过程彰显文化育人作用,汇聚文化育人的深厚力量。
三是大力加强工作队伍建设。通过成立学校大学生艺术教育中心、聘请大学生艺术教育指导教师、设立辅导员文化育人研究课题、规范文化艺术社团建设方式,培养了一批文化育人骨干力量,并不断提升文化育人骨干力量的能力和水平。
思想是行动的先导,理论是实践的指南。科学理论就像一面旗帜,旗帜立起来了,团结奋斗才有目标和方向;否则,就如同一艘航船没有导航仪,很容易迷失在茫茫大海中。做好青年人思想政治工作,以党的理论武装青年人头脑,内化于心、外化于行,要更加注重对文化育人重要作用的深刻认识。致广大而尽精微,答好文化育人宏大的时代考卷,需要做好文化实践的水磨功夫,是河南农业大学在思政工作中的一些思考。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)