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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。

狗脸识别、智慧铲屎、电子游戏......未来我们和宠物的互动有多丰富******

        从“饲养”到“陪伴”，宠物已成为人们不可或缺的家庭成员。

        Euromonitor最新数据显示，2015至2021年，全球宠物市场规模从1098亿美元稳步攀升到了1597亿美元，年复合增长率达6.4%。在中国，宠物消费市场规模更是在十年间从140亿元大幅攀升至2490亿元。

        在物联网、大数据、人工智能等技术的加持下，我们与宠物的互动越来越丰富。未来，科技将怎样帮助我们提升和宠物的亲密度？我们可以怎样智慧养宠？

图源：pixabay

       “铲屎官，陪我打游戏”

        玩电子游戏已经不是人类的特权！英国初创宠物品牌Joipaw已经开发一款给宠物狗使用的游戏家用主机，名为“Joipaw”。该产品带有一块触控屏幕以及自动投喂器。

    图源：joipaw

        未来，我们或许可以看到这样的画面。

        回到家，发现狗子正在屏幕前“奋战”，不亦乐乎。它用鼻子精准地“捉”住了屏幕上的每一只地鼠。而投食机在狗子每次成功触及屏幕中的地鼠时，投放零食给与奖励。狗子疯狂进食，津津有味。

        不止如此，Joipaw还为他们的主机搭配了运动穿戴设备，这些设备既可以供饲养人通过APP来监控宠物，还可以直接关联游戏内容，进行额外的游戏控制。

    图源：Joipaw

        英国开放大学动物-计算机交互教授兼 Joipaw 的科学顾问克拉拉·曼奇尼 (Clara Mancini) 说，针对狗的触摸屏大脑游戏的研究虽然才刚开始，但“非常有前途”。她认为，这项技术可以帮助患有痴呆症的狗，或者让那些因为住在收容所而不太活跃的狗变得更活跃。

       “铲屎官，带好我的身份证”

        世界上不存在两片完全相同的树叶，也不存在两只鼻纹完全相同的狗子。

        与人类指纹类似，犬类鼻纹具有唯一性与稳定不变性，甚至不会随着成长而改变。主人只需对准犬鼻进行简单的抓拍或者视频录像，系统通过犬鼻检测，定位出鼻纹关键点，将提取到的鼻纹深度图信息汇入后台数据库，更可为犬只生成一张专属的身份证。

    图源：旷视科技

        在AI技术日趋普及的当下，犬鼻纹识别技术是通过对比犬鼻纹图像特征之间的相似性来确定犬只的身份，其核心技术是使用模式识别、图像处理等方法对犬只的鼻纹特征进行描述、匹配和分类，从而实现自动的犬只个体认证。对比现有的DNA认证和芯片认证，鼻纹识别具有识别精度高、宠物友好性高、操作体验好、反作弊性强、成本低等优点，具有广泛的应用前景。

    图源：支付宝

        目前，已有科技公司推出宠物的鼻纹识别解决方案，用于城市中的宠物管理，如AI寻宠、宠物门禁、在线犬证办理等。此方案主要通过模式识别、图像处理等方法对犬只的鼻纹特征进行描述、匹配和分类，从而实现犬只的识别与认证。

        当宠物拥有专属ID，有关犬的基本信息、生活动态、消费记录、服务和医疗等信息都将与之绑定。由此拓展的宠物比赛、宠物保险、宠物医疗、宠物零售等场景都将呈现出更多样的可能性。

       “铲屎官，我们谈谈”

        利用擅长模式分析的人工智能，我们或许可以真正破译动物语言，与猫、鸟类，甚至鲸鱼等动物直接对话。届时，人类与动物的关系或将掀开新一页。

        美国北亚利桑那大学科恩·斯洛伯德克夫创建了一个名为Zoolingua的公司，目标是开发一种人工智能，让人们能与宠物顺畅地沟通交流。他认为，如果人类能了解到一点点动物们的想法，同时让动物们了解一点点我们的想法，二者之间的关系将完全不同。

    图源：Zoolingua官网

        因此，该团队观察狗子在特定环境下的叫声和行为，并对这些复杂的通信形式进行分类和分析，最终可以有效准确地在计算机程序中，将“汪汪”翻译成英语。

        根据Zoolingua的统计，美国每年约有二至四百万只狗被安乐死。其中大部分归因于行为问题，而这些问题的出现主要是因为人与狗之间缺乏沟通。该团队认为，如果能找出狗子的行为与我们指令相出入的原因，我们就可以解决很多行为问题并拯救很多狗。

       “铲屎官，今天你铲屎了么”

        通过DNA检测技术和无人机，狗子的粪便可以被精准锁定，并找到那个拒绝铲屎的铲屎官，进行追责和教育。

    图源：PooPrints

        从DNA采集的角度来说，美国DNA技术宠物公司PooPrints已经有了成熟的方案。

        首先，要在每个狗子的身上提取到生物信息数据样本。然后，每只狗的基因档案都被注册，并安全地上传到DNA世界宠物登记数据库中，狗主人还需要填写一份关于本人的基本信息，相关信息会存储到狗子的“身份证”中。最后，只需要从“犯罪现场”提取到证据，将样品证据返回实验室进行处理，就可以将粪便与狗子们匹配上，从而找到这个懒惰的铲屎官了。

    图源：pooprints

        那如何追踪狗子的粪便呢？

        荷兰企业家Gerben Lievers将传感器和机器人综合成了“无人机铲屎官”。第一个无人机模型名为Watchdog1，主要使用热成像技术，通过与周围区域相比的温度来定位需要铲的屎。同时，该模型附有GPS定位系统，相关数据会发送到名为Patroldog1的地面机器人上，接收到数据后，地面机器人便负责找到并清理。

        炫酷科技带来震撼的同时，也温暖着我们生活中的点点滴滴。未来，理性与冷酷将不再是机器的代名词，它们将以有温度、有生命感的形象，融入每一个家庭，让家庭智能起来。（整理：李飞 策划：穆子叶）

        参考 | 虎嗅网、文汇报、中国青年网

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）