珊瑚礁的大灾难:人类能做些什么

“珊瑚蜘蛛” Image copyright Noel Janetski.
Image caption 一个已附有珊瑚枝的蜘蛛钢架被放置在印度尼西亚的海底。

问题不在于我们是否有能力拯救珊瑚礁,而在于我们是否愿意选择这么做。

很难找到比珊瑚礁白化危机更加令人沮丧或心情暗淡的生态灾难了。30年来,我们一直知道气候变化导致整个珊瑚礁生态系统的死亡,却几乎没有做任何事情来拯救。

1998年,全球有整整16%的热带珊瑚礁死亡,而到了2016年,情况变得更糟了:全球70%的珊瑚礁遭到破坏,有些更是无法挽回的。这一年,大堡礁有整整30%的珊瑚礁惨遭浩劫——到次年夏天,这颗澳大利亚“皇冠上的明珠”失去了50%的珊瑚。

到目前为止,我们已经失去了世界半数的珊瑚礁,而气候变化作为最大的威胁之一,并没有减弱的迹象。科学家表示,如果我们毫无作为的话,全球90%的热带珊瑚到2050年之前将遭遇灭顶之灾,一同消失的还有所有依赖它们而生存的鱼类、野生动物和人类。

夏威夷海洋生物研究所所长盖茨(Ruth Gates)博士说,“目睹这场危机爆发最令人震惊的是,你不得不反复听到人们说,如果我们把世界上的珊瑚礁给围起来,设立国家公园、海洋保护区和禁捕区,它们就不会有事了。”

“嗯,2016年的状况对我们是当头棒喝,事实并非如此:这是世界上管理得最好的珊瑚礁,但一个夏天我们就失去了整整三分之一。”

那还有希望吗?盖茨博士说,如果我们放弃关于野生动物保护的过时观念,开始积极干预的话,还会有希望。她说,“我们必须停止认为只要我们不去管大自然,以最大的尊重对待它,这就足够了。不是这样的。”

并非所有的希望都已幻灭,她说:我们只要运用科学、智谋、人力以及资金投入——这点尤其重要,我们还是有机会的。

她说,“现看起来似乎没有希望,但看看臭氧层的那个大洞吧。我们发现了问题所在,采取措施消除大气中的有害气体,然后砰的一声,那个洞就合上了。这是非常了不起的事,说明我们是可以有所作为的,只是我们现在就要开始行动。”

一开始要做的不是建立保护区,而是要做研究:了解这些奇怪生物的复杂生理习性,并且找到保护它们的办法。盖茨博士说:“我们的确需要将尖端科学应用在这个地方。”

珊瑚为何如此脆弱?

要了解珊瑚为什么这么容易受气候变化的影响,就需要理解它们在生物学上的一个离奇之处:虽然大多数人认为珊瑚是植物(甚至是石头),但它们其实是动物。而且它们不仅仅是动物,还是生活在一群基因相同单元群里的克隆生物,叫珊瑚虫。更复杂的是,这些珊瑚虫与生活在它们组织中的海藻处于一种共生关系,这些藻类像植物一样进行光合作用,作用类似微型的蜂窝电池。这些藻类为珊瑚提供了高达90%的能量,同时还为它们提供营养和色素沉着。

当夏季的温度维持在比正常的最高值还高出几度的时候,珊瑚受到压力,将产生能量的彩色藻类排出体外。由枝状、球茎状和羽毛状的珊瑚构成的五颜六色的水下挂毯,几天的功夫就变成了茫茫白骨的荒凉景象。如果水温在一两周内下降,白化的珊瑚还能恢复:剩下的藻类可以重新生长,珊瑚礁恢复健康。但如果不能及时重返凉爽的气候,白化的珊瑚就会死亡。珊瑚的软组织会腐烂,白色的骨骼会覆盖着厚厚的棕色海藻和粘液般的污物。鱼、龟和其他动物都会消失,只留下这可怕的墓地永远枯萎下去。充满生机的生态系统成为了死气沉沉的荒地。

第一次有记录的白化现象发生在1911年的佛罗里达州;1929年澳大利亚也发现了这种奇怪的现象。在接下来的半个世纪里,这种情况又出现了几次,直到80年代,开始有规律的出现,令人担忧。到1990年,科学家警告,白化现象与气候变化有直接关系,而且范围只会扩大,程度只会加剧,有可能几十年内所有的珊瑚礁都将消灭。这些警告没人理睬,灾难一次又一次发生,正如预测的那样。

现在,世界上一半的珊瑚礁都消失了。

人类辅助进化

虽然生物学家对温室气体排放做不了什么,但他们可以通过跟我们数千年来在农业和畜牧业中所使用的一模一样的策略,帮助仍然活着的珊瑚礁:找到适应力强的品种,在实验室进行选择性的培育,并放到野外进行严格培养。

这在逻辑上是说得通的:如果人类几千年来能够培育高产、抗病的奶牛、玉米、鸡和巧克力,为什么不能对珊瑚做同样的事情?

盖茨博士说,"我们只需要了解是什么原因让某些类的珊瑚茁壮成长,看看是否可以应用于其他物种,并努力开发能够领先气候变化一步的珊瑚——这不过是在利用基础生物学,只是在加速大自然已经能够做到的事情。"

最有希望取得成功的研究领域之一,是培养适应更高温度的珊瑚品种。最简单的做法,可以通过在异常温暖的水箱里培育不同的物种和品系来完成,确定哪些品种会茁壮生长,然后将它们集体繁殖,再出圃放到野外环境下自然生长。盖茨博士说:“绝对没有不这么做的理由——而且我很惊讶,这是多么容易做到。”

2015年,她在《国家科学院学报》月刊上发表了一篇关于如何培育这种“耐热”珊瑚的行动宣言,随后启动了一项五年计划,在微软的联合创始人保罗·艾伦(Paul Allen)的资助下,积极推进“人工辅助进化”。

了解珊瑚

在温水中培育合适的品种只是第一步。接下来的,是深入了解珊瑚生理机能的复杂之处,并研究如何利用这些知识。

一个关键的领域是微生物群系,也就是生活在珊瑚组织内的细菌、真菌、病毒和其他微生物,它们对珊瑚的生存是不可或缺的。对人体生物群系的研究(从生活在我们眼球表面的细菌,到生活在肠子里的真菌)在过去10年出现爆发性增长,珊瑚跟我们一样,也需要一系列共生微生物才能生存。盖茨博士刚刚开始研究生活在珊瑚里的微生物群落,她去年在《微生物趋势》杂志上发文对这项工作进行了描述。

她说,更诱人的是,有可能通过"表观遗传学"培养珊瑚的适应能力:即不改变该物种基因序列,但改变可遗传的基因表达方式。2016年,盖茨博士在《进化应用》杂志上发表了她的初步研究证据,证明“DNA甲基化”的变化可以因环境压力诱发,然后传递给下一代。

她说,“如果让珊瑚暴露于一些能给它们带来一点压力,但又不足以杀死它们的东西,你就能在一个物种中建立起适应力,而且这种适应力实际上是可以传给后代的。”尽管这种研究还处在早期阶段,但非常前沿、很有希望。

盖茨博士说,“从事有意义的工作真是让人兴奋。正是这个目标让我前进:我们正在竭尽所能地付诸努力,而且我们正在竭尽所能地尝试一切。”

简单的技术就能拯救珊瑚

但是,即使没有处在前沿的科学,我们现在还是可以用一些简单到令人难以相信的技术来帮助拯救珊瑚礁。盖茨博士提到了佛罗里达莫特海洋研究所(Mote Marine Laboratory)的沃恩博士(Dr David Vaughan)的工作,他一直在研究一种名为“微碎片化”的技术。

沃恩博士说,只要简单地把高尔夫球大小的一块珊瑚分成25块甚至100块碎片,就能极大加快珊瑚的生长速度,达到正常速度的40倍。

诀窍就是,把这些小碎片排列成一两英寸宽的网格状——这是留给它们加速生长期的距离。由于珊瑚是无性系克隆繁殖动物,在边缘连接到一起时,小碎片就会融为一体,形成一大块珊瑚。

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Image caption 四片鹿角珊瑚小碎片,拍摄周期超过12周,一周拍摄一张。最初的加速生长期过后,四个小碎片逐渐合为一体,形成一个单一珊瑚,体积要远远大于同一时期生长的单个珊瑚碎片。

他说,“通常,一个珊瑚幼虫需要好几年的时间,才能长到一个高尔夫球大小,但如果拿一块高尔夫球大小的珊瑚,把它切成20块,每块铅笔擦大小,只要几个月而不是几年,每一个都能长大到高尔夫球大小。如果它们长到一起,两年的功夫就有一个篮球大小的珊瑚块——通常这样大小需要75年左右。”

2013年开始,沃恩博士和他的团队在墨西哥城市坎昆(Cancun)附近利用这项种植技术建立起珊瑚养殖场,有关数据还没有公开,但他们的论文正在评审中,应该今年发表。“这个修复工程应该是最早一批向世界证明你可以扭转乾坤的成功故事之一。”

Image copyright Lisa Carne
Image caption 在位于大海中的“希望的碎片”苗圃,通过微碎片技术,长出了一大堆鹿角珊瑚,长到三个月的时候,它们出圃移植到了附近的自然海洋环境中。

更令人鼓舞的是,他们在实验室中培育的一些鹿角珊瑚移植到自然海洋环境中后,已经进入性成熟并开始繁殖。

Image copyright Lisa Carne
Image caption 同一批移植野外的鹿角珊瑚,现在已经13个月大。

沃恩博士和他的团队不愿意听其自然,他们还叉交培育生出新的基因组合品种。野生环境下,可能只有25种基因型,但沃恩博士的实验室培育出了5000种新的类型,他们正在用高温和高酸度(大气中二氧化碳含量过高的另一个后果)进行测试,看看哪些基因型能在未来的气候条件下兴旺发展。

避免“土豆饥荒”式灾难重演

如果未来的珊瑚礁有可能面对其他威胁,那么有一系列的基因型品种是至关重要的。常言道,自然厌恶单一文化。

国家海洋和大气管理局珊瑚礁保护计划的副主任科斯博士(Dr Jennifer Koss)说,“如果只是传播相同的两三个品种的鹿角珊瑚,我们将可能面临又一次的爱尔兰马铃薯饥荒——如果他们在基因上完全相同,一种疾病就能让它们全部完蛋。我们需要确保我们拥有多样性的物种,以及物种内部的多样性,这样未来的珊瑚礁不仅耐热,还能抵抗新出现的病原体。”

几十年来,科学家已经预测到气候变化会导致新流行病的出现,病菌的寄主会将瘟疫传播到到新的环境中,佛罗里达群岛已经出现了一种新的珊瑚疾病:一种奇怪的白色瘟疫。到目前为止,生物学家对其还一无所知——他们甚至不知道病原究竟是病毒、真菌、细菌还是什么别的东西。

科斯博士说,“我们正在观察,正尝试不同的解决方案,例如将抗生素放到糊状物里——但目前来说,我们甚至不知道它究竟是一种疾病,还是几种疾病一起在捣乱。全球气候变化对珊瑚的压力只会越来越大,但从好的方面来说,我们不断发展的技术非常扎实,包括沃恩博士的微碎片技术,这是一个重大的飞跃。现在,我们需要弄清楚的是,如何把这种技术做大,让珊瑚在珊瑚礁上以自己的方式繁殖。”

物理修复

这就是为什么马尔斯(Frank Mars)一直致力于他所谓的珊瑚修复的“物理方面”:将珊瑚移植到对的地方,珊瑚就能自己生长繁殖。

他说,“大多数人都专注于养殖活珊瑚,将它们粘在珊瑚礁上,根本就没想过他们是把珊瑚粘在什么东西上面。”新的珊瑚种植园不可能建在以前没有珊瑚礁的地方,比如沙滩。在海面漂浮的珊瑚苗圃,也不能长出适应性强的珊瑚,就像世界各地所做的那样。

马尔斯的解决方案貌似简单:有腿支撑的六边形钢结架,被称为“珊瑚蜘蛛”。

到目前为止,马尔斯的珊瑚礁修复项目已经在印度尼西亚安装了8600多个珊瑚蜘蛛,覆盖了超过8000平方米的海底。他说,在海底铺设数百个这种蜘蛛钢架,并将它们连接起来,不仅可以建立出适宜的表面供小珊瑚吸附,也创造出合适的三维空间结构,吸引到鱼类,这对维持整个珊瑚礁的健康非常重要。

他说,“管理一个珊瑚礁的关键,是要管理好在珊瑚表面自然生长的绿藻——而其中的关键又在于维持食用藻类的草食性鱼种。如果你看看世界上大多数的珊瑚花园,会发现管理人员不得不花费大量时间用牙刷擦洗珊瑚,因为他们没有为鱼类建立适合的栖息地。”

马尔斯说,他的蜘蛛型钢架不同之处在于,钢架为草食性鱼类创造出保护壳,供小鱼躲避大鱼,诱使它们留下来,从而能启动整个生态系统及其庞大物种组合的再生。

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Image caption “珊瑚蜘蛛”是马尔斯的珊瑚礁修复计划的标志,它们用于建造巨大的珊瑚花园。

他说,“真的是每年都看到、听到珊瑚礁恢复健康的事情。我们真的是看到海龟、鲨鱼和金枪鱼回来了,热带海洋的渔民又可以在曾经遭到破坏的珊瑚礁捕鱼了。”

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Image caption 2014年6月,印度尼西亚一个珊瑚蜘蛛修复区建立前的贫瘠景象。

有些人认为我们应该更进一步,不止是简单地在海床上放置光秃秃的钢笼子。

生态岩石(Biorock)技术的支持者表示,通过将低压直流电输入钢筋结构,他们可以增加珊瑚生长时从海水中获取矿物质的速度,珊瑚要用矿物质来建造石灰石骨架。

生态岩石结构最初是由建筑师希尔伯茨(Wolf Hilbertz)于20世纪70年代建造,作为在海洋中建造复杂的、会生长的生态结构的手段。生物学家莫罗博士(Dr Tom Moreau)采用这种技术来促进珊瑚和其他生物的生长,它们利用海水中的矿物质建造贝壳和骨骼,比如牡蛎。

莫罗说, “采用我们的方法,即电场刺激生化代谢:产生ATP(三磷酸腺苷),这是生命的基本能量,这带来了巨大的差异。”

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Image caption 2014年6月,珊瑚蜘蛛修复区刚建成时的海底。

珊瑚生长速度因物种和地点而异,但2014年发表在《自然资源》杂志上的一项研究回顾了自1976年以来建造的所有生态岩石结构,指出在温和的电流作用下,珊瑚的生长速度比平均情况要快三四倍。莫罗博士说,在灾难发生时,比如在白化和飓风过后,在生态岩石上生长的珊瑚的存活率要高得多。例如,1998年马尔代夫的白化危机过后,生态岩石上的珊瑚存活率是周围珊瑚礁的16~50倍。

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Image caption 8个月后的2015年2月,同一地区。
Image copyright © Noel Janetski.
Image caption 2015年7月,同一地区的珊瑚。

莫罗说,令人印象更为深刻的,是在生态岩石上的定居速度:无需人为干预,随波逐流的珊瑚幼虫附着在金属结构上,形成全新的珊瑚群落。幼虫附着在带电的生态岩石上的速度几乎是不带电金属的26倍。

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Image caption 连接到钢框架的电线提供电流。生态岩石的支持者说,这有利于珊瑚礁的成长。

充电的生态岩石在全球的数量接近500个,其中仅印度尼西亚就有400个,所使用的电,一半是来自电网供电,但太阳能电池板显然是一个更好的解决方案。在印尼为生态岩石工作了15年,完全相信这项技术年的罗布(Delphine Robbe)说,“最理想是用海潮涡轮机发电。生态岩石在压力时期创造出一个生存泡沫。”

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Image caption 潜水员正在安装一个新的生态岩石结构,移植的新珊瑚用电缆简单地固定在钢框上。

不过,并不是每个人都相信低压电、电缆、太阳能电池板、波浪涡轮机、钢架设施和维护对于重建珊瑚礁的必要性。一些人认为,生态岩石技术的工作原理与马尔斯的蜘蛛工作原理相同:通过建立三维结构,为鱼类提供栖息地,促进整个生态系统的成长。

然而,有两件事每个人都会同意莫罗之说:

第一:他说,“我们在20世纪80年代达到了珊瑚白化的临界点——现在我们已经失去了30年的时间,本来我们在那个时候应该做点什么的。”

第二,“这是没有钱的——我们在没有资金的情况下做了30年。”

资助珊瑚礁重建

缺乏用于研究、恢复和保护珊瑚礁的资金,可能是整起悲剧当中最不正常的地方。不同于砍伐亚马孙河的热带雨林或者炸毁山顶采煤,人类不是有意要破坏世界上的珊瑚礁。但30年来,我们知道珊瑚就在我们眼前消失,却几乎没有采取任何行动来拯救它们——甚至没有采取适当措施来改善水质。就算是白化过后水温下降,受污染地区的珊瑚也难以恢复,比如加勒比海的珊瑚生态系统,几乎遭到灭顶之灾。

马尔斯问道,“最终的挑战是,谁将为珊瑚礁的重建提供资金?”他来自美国第三富有的马尔斯家族(生产M&M巧克力)。“我一直付出财力和自由尝试各种方法,我在这个问题上已经投入了15年的精力。但仅仅靠慈善,是无法解决这个问题的。”

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Image caption 在印度尼西亚,一个已经成熟的生态岩石,里面生活着珊瑚和鱼。

夏威夷的盖茨博士赞同这个观点。“多年来,缺乏资金令我捉襟见肘——联邦机构从来都不热衷于资助珊瑚研究,这既是因为他们根本不了解其重要性,也是因为他们从来都不热衷于资助前沿科学,因为成果是未知的。”盖茨博士说,幸运的是,慈善家们介入进来,微软的联合创始人保罗·艾伦为她的研究提供了资金,“但我们迫切需要更多的资金——世界上没有两个完全一样的珊瑚礁,所以我们必须在很多不同的地方尝试许多事情,如果没有资金,这是不可能实现的。”

国际社会缺乏为保护珊瑚提供资金的努力,自然不是什么令人高兴的消息,但从保护珊瑚的价格上倒是可以看到一线希望,因为所有的事实都表明,保护珊瑚的价格便宜得惊人。

沃恩说,“人们谈到需要数十亿美元,但我认为没那么夸张。只要一两百万美元,我就能在几年内,把鹿角珊瑚从佛罗里达州的濒危物种名单上移除。”他相信他简单的微碎片技术已经做好了改变世界的准备。

“你能对多少生物说出这样的数字?不是很多。如果有人问我,能不能用1亿美元把北极熊从濒危物种名单上拿下来,我会拒绝,我做不到。但一种珊瑚呢?我会说1000万美元,至多——而且我能在两年内做到。”

问题显然不是我们能否拯救珊瑚礁,而是我们是否愿意作出这样的选择。

主图摄影:德尔芬·罗布(Delphine Robbe)

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