珊瑚作為一種動物能夠興盛至今很大程度上要?dú)w功于共生在它體內(nèi)的單細(xì)胞藻類——蟲黃藻。珊瑚提供給蟲黃藻保護(hù)、營養(yǎng)鹽,蟲黃藻提供給珊瑚光合作用產(chǎn)生的糖等物質(zhì),可以說是和諧的一批。(作者:李琰)
就像普通人通常不知道珊瑚不是一種生物而是一個(gè)龐大的家族一樣,很多對珊瑚有一定了解的人也不太知道蟲黃藻也是一個(gè)龐大的家族,但是一直以來這個(gè)家族的分類是有些簡單粗暴而且混亂的。與一般的生物學(xué)分類分成界門綱目科屬種不同,共生蟲黃藻一般是分在Symbiodinium屬,然后沒有直接分成不同的種,而是分成了A B C D E F G H I九個(gè)系群(clade),比如最常見的clade C,而之下還分成了亞系群(sub-clade)甚至株系(strain)(中文名稱翻譯可能有些錯(cuò)誤),而只有22種被定了種,潛在的物種卻有幾百種之多。
可以說每顆珊瑚都有自己獨(dú)特的蟲黃藻組成,也許這棵有10%的C,90%的D,旁邊那顆同種的珊瑚就有95%的D,5%的B。甚至同一棵珊瑚不同部位的蟲黃藻組成都有不同。而蟲黃藻組成的不同對珊瑚生理功能和對外界變化的響應(yīng)都有很大的影響,所以蟲黃藻系群的研究也是目前的重要研究熱點(diǎn)。
最近蟲黃藻研究的大牛Todd LaJeunesse最近在Cell子刊current biology上試圖梳理了這個(gè)情況。
也許有人奇怪,蟲黃藻那么小小一個(gè)幾微米大長得又都圓圓的是如何分出來區(qū)別的呢。
其實(shí)不同的蟲黃藻區(qū)別還是很大的
比如大小
不同系群的蟲黃藻大小可能會差幾倍甚至幾十倍之多
而在我們這些路人的眼里看起來長得都一樣的小球球其實(shí)在真正的行家眼里長得可也是完全不一樣的,當(dāng)然一般來說主要比較能夠容易分出來的是clade C
當(dāng)然,最根本的,也是最多科學(xué)家使用的(因?yàn)槟軌蛴邪盐杖庋鄯窒x黃藻的人還真是不多)的分類方法,還是靠分子手段。這篇文章最終也是依靠了分子手段解決這些問題。
文章首先使用molecular clock確定了蟲黃藻最早開始開始分化是始于大約一億六千萬年前的中生代,應(yīng)該說這個(gè)估算的時(shí)間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于原先的研究的。而且發(fā)現(xiàn)早期的共生珊瑚在侏羅紀(jì)末期還經(jīng)歷過一次滅絕。
然后家族依然越來越興盛,直到現(xiàn)在分出了九個(gè)系群。
然后根據(jù)分子,形態(tài)學(xué),生理學(xué)和生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù),Todd LaJeunesse等提出共生藻Symbiodinium屬應(yīng)當(dāng)被提升成Symbiodiniaceae科,進(jìn)化上不同的共生藻”系群(clade)”應(yīng)當(dāng)被分成屬。除了基因組成的巨大差異外,每個(gè)屬在物種多樣性,生態(tài)廣度(例如,宿主范圍多樣性和差異)和生物地理分布方面具有顯著差異。
也就是說變成了九個(gè)屬,Todd LaJeunesse等給其中七個(gè)命了名,除了原有一個(gè)屬名保留意以外,也就是命了六個(gè)新名字出來,這六個(gè)新名字的首字母都跟原來的系群序號是一樣的。羨慕ing。好想有一堆的命名機(jī)會啊。
當(dāng)然這些屬也不是中央已經(jīng)決定了,最終可能會分出15個(gè)以上的屬出來。
clade A,變成了Symbiodinium屬,也就是原來這個(gè)屬的名字,包括從共生到機(jī)會主義或自由生活的很多種蟲黃藻。全球都有。屬名的意思是共生、旋轉(zhuǎn)
clade B,變成了Breviolum屬,這個(gè)屬名的意思是短、小。一般共生在軟珊瑚、硬珊瑚里,經(jīng)常在高緯度的珊瑚里發(fā)現(xiàn)。
clade C,變成了Cladocopium屬,這個(gè)屬名的意思是分支、充足,這個(gè)屬應(yīng)該說是蟲黃藻種種類最豐富,分布最廣泛也是被研究的最多的一個(gè)屬了(人家名字都叫充足了),在很多常見的珊瑚中占主導(dǎo)地位的就是這個(gè)屬的蟲黃藻,也發(fā)現(xiàn)跟其他刺胞動物,硨磲,纖毛蟲,扁蟲,有孔蟲和海綿共生。
但是這個(gè)屬的蟲黃藻大多抗熱脅迫的能力比較弱,容易在升溫過程中白化,但是也不是所有clade C的珊瑚抗熱能力就差,也有研究表明生活在炎熱的淺礁池的珊瑚里C和D的抗熱能力是沒什么區(qū)別的[1],還有研究表明在極其熱的紅海、波斯灣的珊瑚中有一種clade C的被定名為Symbiodinum thermophilum的蟲黃藻有很高的豐度。這些研究都說明這個(gè)屬的蟲黃藻一樣是可以進(jìn)化出很強(qiáng)的抗熱能力的,只是目前的問題是現(xiàn)在留給珊瑚、蟲黃藻的時(shí)間還夠不夠他們?nèi)ミM(jìn)化。
clade D,變成了Durusdinium屬,這個(gè)屬名的意思是強(qiáng)硬、旋轉(zhuǎn),這個(gè)屬就有意思了,對溫度和濁度的抗性都非常高,抗逆性很強(qiáng),搞不好是未來珊瑚礁能夠免于被氣候變暖毀滅的關(guān)鍵。
clade E,變成了Effrenium屬,這個(gè)屬名的意思是自由生活(living unstrained),目前只有一個(gè)種E.voratum,從名字也看得出來是營自由生活的,不共生。體積是蟲黃藻中最大的,一般分布在亞熱帶、溫帶。
clade F中的Fr5 sub-clade,變成了Fugacium屬,這個(gè)屬名的意思是短暫的,這個(gè)屬的蟲黃藻目前主要發(fā)現(xiàn)共生在有孔蟲中,還有幾種非共生的物種。這個(gè)clade F里面有很多sub-clade,比如Fr2、Fr3、Fr4,因?yàn)檫@幾個(gè)sub-clade之間遺傳距離還是蠻遠(yuǎn)的,未來可能每個(gè)亞系群都被分成一個(gè)屬。
clade G中的Metazoan-Specific Sub-clade,變成了Gerakladium屬,這個(gè)屬名的意思是舊的、分支,有跟珊瑚和海綿共生的,也有營浮游和底棲自由生活的。
當(dāng)然這個(gè)框架目前還尚未完全搭好,未來還會分出很多個(gè)新屬出來。(光語生物科技有限公司實(shí)驗(yàn)室出售優(yōu)質(zhì)蟲黃藻藻種)
參考文獻(xiàn):
[1]LaJeunesse et al.Systematic Revision of Symbiodiniaceae Highlights the Antiquity and Diversity of Coral Endosymbionts[J],Current Biology,2018.
[2]Palumbi S R,Barshis D J,Traylorknowles N,et al.Mechanisms of reef coral resistance to future climate change.[J].Science,2014,344(6186):895-8.
[3]Hume B C,Voolstra C R,Arif C,et al.Ancestral genetic diversity associated with the rapid spread of stress-tolerant coral symbionts in response to Holocene climate change.[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2016,113(16):4416.