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文化

海洋生物的温床海草,被发现还可以抵抗疾病

Carl Zimmer2017-02-20 07:01:38

当人们日益认识到海草的重要性时,这种植物却正在消失。

本文只能在《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载*

除了南极洲,每个大洲都被大片海草环绕,这种水下草原的总面积大约相当于一个加利福尼亚。

作为地球上面临严重威胁的生态系统之一,海草草甸对海洋的健康具有重要作用。海草可以为重要的鱼类物种提供避难所,滤除海水中的污染物,锁住能够使大气升温的大量碳元素。

实际上,海草还可以抵抗疾病。一个科学家团队周二报告说,海草可以清除海洋中威胁人类和珊瑚礁的病原体。(当科学家潜入没有海草的水域考察珊瑚礁时,他们患上了痢疾,因此才有以上推断。)

不过这些海草草甸正在迅速消失,每 30 分钟失去的面积相当于一个足球场。康奈尔大学博士后研究员乔利·B·拉姆(Joleah B. Lamb)是这项研究的首席作者,她表示,她希望这项研究有助于引起公众对于海草危急状况的关注。

“我们将海草称为海洋生物‘丑陋的继子’。同珊瑚和红树林相比,海草并没有得到太多的关注,”拉姆博士说。

海草最初诞生于几千万年前,当时一些开花植物从陆地进入了海洋。它们仍然会长出花朵、花粉和种子,但它们要在水下完成这些任务。它们进化出了一种强大的光合作用形式,这使它们能够在 50 多米深的微光环境中生存。

它们脚下的沉积物中含有致命的硫化氢。这些植物会将光合作用释放出的一部分氧气输送到根部,以抵抗硫化氢的毒性。

通过这些适应性的改变,海草草甸的肥沃程度比如今人工施肥的玉米地还要高。当遍布整个地球时,它们就改变了海床、构建了土壤、支持了全新的生态系统。海牛和幼鱼等动物也开始在其中栖身。

康奈尔大学海洋生物学家 C·德鲁·哈维尔(C. Drew Harvell)是这项研究的资深作者,她表示:“虎鲸是旅游业的一大亮点,但人们可能没有意识到,海草床是一些鱼类幼时的重要生存地点,这些鱼类被三文鱼捕食,而三文鱼又是虎鲸的食物。”

人类也在依赖海草的这项功能。商业渔场收获的许多物种在海草草甸中长大。没有海草,渔夫的收获和收入将会大大减少。

2014 年,剑桥大学研究人员考察了澳大利亚南部的海草草甸,以估计它们对渔业的价值。研究的结论是,每 0.4 公顷海草每年可以为渔业增加大约 8.7 万美元收入

一群梅鲷游过印度洋的海草。图片版权:Reinhard Dirscherl/UllsteinBild,Getty Images

海草还可以吸收水中的肥料残余和其他污染物,将它们安全地锁定在草甸土壤中。科学家估计,每 0.4 公顷海草每年的过滤价值超过 1.1 万美元。

这些功能足以使海草草甸成为地球上最具经济价值的生态系统之一。不过,哈维尔博士、拉姆博士及其同事如今又发现了海草可能为人类带来的另一个好处:清除病原体。

这项发表在《科学》期刊上的研究始于印度尼西亚的一次水肺潜水旅行。当时,科学家们正在检查感染细菌和真菌的珊瑚礁,因为一些珊瑚的患病率正在上升。

“当四天的工作结束时,我们都患上了阿米巴痢疾。一位科学家得了伤寒,我们不得不乘船带她离开,”哈维尔博士回忆道。

这次经历使哈维尔博士意识到,他们患上的疾病也许和珊瑚存在某种联系。“我开始思考人类健康、环境健康以及二者之间的联系,”哈维尔说。

在她和拉姆博士讨论这个想法以后,拉姆博士开始了调查。

海草草甸可以释放大量氧气,使周围的水域泛起像香槟一样的泡沫。拉姆博士意识到,这些氧气也许可以杀死病原体。海草上还长有真菌;我们知道,真菌可以生成杀死细菌的化合物。

拉姆博士及其同事决定对印度尼西亚四个岛屿周围有水草和没有水草的区域进行研究。他们设计出了两种寻找病原体的策略。

在一项研究中,他们将收集到的海水放在皮氏培养皿中,以检查样本中能否生成致病肠球菌的菌群。他们发现,来自海草草甸的海水中的细菌浓度是其他地区海水细菌浓度的三分之一。

在第二项研究中,科学家采集了海水中漂浮的 DNA 片断。通过检查这些序列,他们发现了 18 种致病细菌。这些 DNA 在海草草甸地区海水中的浓度是其他地区的一半。

接着,科学家将注意力转向了岛屿周围的珊瑚礁。他们发现,靠近海草的珊瑚发病率是远离海草的珊瑚发病率的一半。

德国 GEOMAR 亥姆霍兹海洋研究中心(GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research)的海洋生物学家托尔斯滕·B·罗伊施(Thorsten B. Reusch)没有参与这项研究,他认为这项研究“非常迷人,极具创新性。”他还警告说,“海草消除病原体的具体机制仍然有待研究。”

印度尼西亚斯珀蒙德群岛一个村庄前面包含不同物种的巨大海草草甸。图片版权:Joleah Lamb

拉姆博士及其同事目前正在寻找这种机制,试图确定海草抗菌能力的具体价值。“它们的价值可能会是一个很大的数字,”拉姆博士说。

弗吉尼亚海洋科学研究所的海草专家罗伯特·J·奥思(Robert J. Orth)没有参与此项研究。他预测说,该研究将导致世界其他地区对海草草甸进行类似的研究。“人们将会进行思考,”他说。

然而当人们日益认识到海草的重要性时,这种植物却正在消失。19 世纪以来,全球失去了将近三分之一的海草草甸。一些研究指出,海草目前的消失速度正在加快。

上周,奥思博士及其同事在《全球变化生物学》期刊上发表了一篇详细的研究报告,分析了切萨皮克湾海草的消退。他们估计,即使从 1991 年开始计算,这个海湾也已经失去了 29% 的海草草甸。

他们的研究指出了两个主要的元凶。被侵蚀的泥土随着河水流入切萨皮克湾,使水体变得更加混浊。这种光线变暗的结果对海草是致命的。

海草也在受到气候变化的打击。切萨皮克湾的夏季变得更加温暖,这使海草通过叶片将大部分氧气排出体外。由于输送到根部的氧气变少,因此沉积物的毒性对它们的生存产生了威胁。

海水的混浊使这个问题变得更加严重。由于阳光变少,海草生成的用于保护自身的氧气也在变少。“这是一种双重打击,”奥思博士说。

随着水下草甸的消失,其经济价值也在消失。例如,切萨皮克湾的草甸盛产蓝蟹。奥思博士及其同事估计,从 1991 年开始,海草的消失使这里减少了超过 5 亿只幼年蓝蟹。

海草草甸可以存储大量碳元素。它们的土壤不会分解,因为里面几乎没有氧气。以此估计,全球的海草草甸土壤积累了九十亿吨碳元素

随着海草草甸的消失,这些碳元素正在被重新释放到海洋中,其中一部分可能会进入大气,成为吸收热量的二氧化碳。

尽管情况变得非常严重,但我们仍然有理由保持乐观。近年来,奥思博士及其同事就成功恢复了弗吉尼亚海岸的海草草甸。

“1997 年这里没有一棵草,现在我们已经有了 2509 公顷的海草,”奥思博士说。


翻译 熊猫译社 刘清山

题图来自 Wikimedia Commons

© 2017 THE NEW YORK TIMES

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