南海造礁石珊瑚分布格局驱动因素及其环境适应机制研究取得进展

作者：三亚站  更新时间：2024-07-24

        近日，海南三亚海洋生态系统野外科学观测研究站站长黄晖研究员团队在南海造礁石珊瑚的空间分布格局驱动因素及其环境适应机制方面取得新研究进展，相关成果以“Distribution patterns of reef-building corals in the Northwest Pacific and their environmental drivers”和“Local adaptation of trophic strategy determined the tolerance of coral Galaxea fascicularis to environmental fluctuations”发表在Science of the total Environment上。助理研究员黄林韬、俞晓磊分别为论文的第一作者，研究员黄晖为通讯作者。

        珊瑚礁具有重要的生态系统服务功能与极高的生物多样性。近年来，全球珊瑚礁因为海水温度异常、海洋酸化和人类活动等因素而出现严重退化。造礁石珊瑚作为珊瑚礁的框架生物，对珊瑚礁的形成与维持具有重要作用。南海的造礁石珊瑚资源丰富，其物种数量接近被称为生物多样性热点区域的“珊瑚三角区”。然而受限于对南海造礁石珊瑚生物地理分布的系统认识，其物种的空间分布格局及其驱动因素仍然不明确。此外，南海造礁石珊瑚分布广泛，从福建沿岸到南沙群岛都有造礁石珊瑚的分布，其中广布种的分布纬度跨度甚至可超过15°，对于物种跨纬度梯度分布的适应性机制也有待进一步的研究。

        研究通过对历史数据进行汇编，收集南海珊瑚物种的存在/缺失数据并完善了南海珊瑚物种分布数据库。随后集合形成西北太平洋海域15个生态区的造礁石珊瑚分布数据集，基于此研究南海及其邻近海域造礁石珊瑚物种多样性和分布模式，并探讨其主要的环境驱动因素。南海造礁石珊瑚分布数据汇编结果表明，南海离岸岛礁生态区共分布有536种造礁石珊瑚，进一步明确了南海具有极高的造礁石珊瑚物种多样性。随后的分析结果表明西北太平洋的造礁石珊瑚物种丰富度呈现明显的纬度多样性梯度格局。珊瑚群落β多样性分解的结果表明，β多样性嵌套组分主要出现在低纬度和高纬度珊瑚礁区之间，而相同纬度之间群落的β多样性主要以周转组分为主，其中高纬度地区的周转组分更为显著。进一步结合环境因子发现，珊瑚α多样性和β多样性模式都受到环境过滤效应的影响。其中，温度（尤其是冬季温度）以及光照强度对物种丰富度和β多样性格局都有显著影响，表明低温和光限制是珊瑚群落沿纬度梯度分布的主要环境过滤器。而高纬度地区温度和浊度的差异是造成群落间周转组分形成的主要原因。上述发现明确了南海造礁石珊瑚的物种资源状况，阐明了南海及其邻近海域不同生态区造礁石珊瑚的分布格局及其驱动因素，并指出环境过滤效应在珊瑚分布格局形成中的重要作用。

图1： 南海及其邻近海域造礁石珊瑚分布格局

        南海跨纬度的环境梯度背景下，探究珊瑚如何适应差异环境而生存，是了解南海珊瑚现有分布并预测其在气候变化下未来命运的基础。前期室内模拟实验发现南海广布物种丛生盔形珊瑚能够通过独特的生理权衡机制适应光照梯度差异（Yu et al,Coral Reefs,2023）。在此基础上进一步对其开展了跨区域（南沙→三亚，跨10纬度）的原位移植实验，从营养生态学角度揭示了其对环境差异的适应策略。结果表明，不同纬度来源的丛生盔形珊瑚对较高纬度低温和弱光环境具有不同的适应策略。在适应三亚鹿回头湾环境季节波动过程中，相比于来自南沙的丛生盔形珊瑚，三亚本地丛生盔形珊瑚的生理耐受性更强。从营养物质组成角度，揭示了三亚本地丛生盔形珊瑚能够通过调节脂肪酸结构（降低饱和脂肪酸占比，提高多不饱和脂肪酸占比）以适应环境季节波动的营养策略。而摄食能力较差导致脂类储存不足，及其对于关键功能脂肪酸合成途径的受阻，是南沙来源丛生盔形珊瑚无法适应三亚鹿回头湾环境季节波动的主要原因。因此，研究认为丛生盔形珊瑚对环境变化的耐受性取决于其本地适应的营养策略。此外，研究结果强调了热带典型造礁石珊瑚在短时间内可能无法轻易实现相对高纬度区域珊瑚对季节性环境波动的快速适应，从而对全球变化背景下造礁石珊瑚“北移”的避难所理论提出质疑。

图2： 南海丛生盔形珊瑚环境适应的营养策略

        上述研究通过解析南海造礁石珊瑚的空间分布格局驱动因素及其环境适应机制，为南海造礁石珊瑚物种资源的保护提供了重要的科学依据。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、广东省科技规划项目、广州市科技规划项目的资助。

相关论文信息：

1. Huang L, Jiang L, Zhang Y, Yuan T, Sun Y, Liu C, Lei X, Yuan X, Lian J, Liu S, Huang H (2024) Distribution patterns of reef-building corals in the Northwest Pacific and their environmental drivers. Science of The Total Environment 946:174429

2. Yu X, Liu C, Jiang L, Huang L, Luo Y, Zhang P, Zhang Y, Liu S, Huang H (2024) Local adaptation of trophic strategy determined the tolerance of coral Galaxea fascicularis to environmental fluctuations. Science of The Total Environment 943:173694

3. Yu X, Jiang L, Luo Y, Liu C, Zhang Y, Huang L, Zhang P, Yuan X, Huang H (2023) Role of feeding and physiological trade-offs in sustaining resilience of the coral Galaxea fascicularis to light limitation. Coral Reefs, 2023, 42(6):1297-1312.

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174429

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173694

https://doi.org/10.1007/s00338-023-02434-z