帮助珊瑚呼吸的微小毛发在变暖的海洋中可能会出现故障

每个珊瑚群落都被一层薄薄的水边界层所缓冲，其运动因珊瑚表面的摩擦而减慢。研究人员认为，珊瑚对于缓慢移动的边界层是被动的，仅依靠通过边界层的自然扩散来提供营养和氧气。然后，在 2014 年，麻省理工学院和魏茨曼科学研究所的一个团队发表了一项开创性的研究，表明珊瑚纤毛与边界层相互作用，通过快速鞭打产生新鲜的含氧海水漩涡。直到十年前，科学家们还认为这些纤毛只是扫帚，可以移动粘液并清除废物颗粒和其他碎片。该研究不仅首次模拟了纤毛产生的微小涡流，而且揭示了纤毛对于生存和新陈代谢的重要性。微生物学家兼环境工程师奥尔·夏皮罗 (Orr Shapiro) 最初对感染珊瑚并引起疾病的微生物如何遵循浓度梯度（这一过程称为趋化性）感兴趣。2014 年，奥尔·夏皮罗在麻省理工学院担任博士后研究员，领导了这项工作。在显微镜下，他注意到一些奇怪的东西：在边界层中，粒子在旋转并混合在一起——完全不像他所期待的被动扩散。 “这对我来说，以及后来对整个领域来说，都是一种范式转变，”夏皮罗说，他现在是以色列火山研究所的研究员。很明显，边界层不是静态的，而是一个动态区域，纤毛在其中创造自己的湍流。这一认识启发夏皮罗的团队采取了另一种做法，绘制了氧气通过纤毛流向珊瑚组织的图谱。 “这确实改变了我们对这种[微]环境的理解，因为突然间扩散不再那么重要了，”夏皮罗说。扩散是营养物质在水中传播的默认途径，但速度非常慢。氧气传播 1 毫米可能需要长达四分钟的时间。这就是为什么纤毛产生的快速流动如此重要：因为自然流动的水在珊瑚表面附近会减慢，而珊瑚消耗氧气的速度比扩散提供氧气的速度快。尽管纤毛消耗能量，但该系统仍能提供足够的氧气。但也有一个缺点：随着温度升高，氧气会减少。这就是珊瑚遇到麻烦的时候。科学家们清楚地了解当水变得太热时珊瑚会发生的一件事：白化。随着水温升高，珊瑚的共生藻类会受到压力，并释放大量对珊瑚有毒的分子。为了保护自己，珊瑚会排出自己的藻类（主要食物、能量和氧气来源），并很快失去颜色。随着热浪席卷世界各地的珊瑚礁，这种缓慢的死亡现象也越来越常见。但有时，珊瑚礁上的一些珊瑚会白化，而另一些珊瑚则不会，而在其他情况下，珊瑚在热应激下会死亡而没有排出藻类。一个由微生物学家、工程师和生理学家组成的国际团队渴望了解热量如何影响纤毛，以及这是否可以解释不同类型的珊瑚死亡。