雜交珊瑚:性錯亂還是救星?

在夏末和秋季的滿月升起時,受到威脅的鹿角珊瑚 (Acropora cervicornis) 和麋角珊瑚 (Acropora palmata) 的性慾也隨之高漲。

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在夏末和秋季的滿月升起時,受到威脅的鹿角珊瑚 (Acropora cervicornis) 和麋角珊瑚 (Acropora palmata) 的性慾也隨之高漲。在經過一年的性休眠後,每種珊瑚都會擺脫禁慾的束縛,在最亮的夜晚之後幾天進行大規模產卵。在過去30年中,這兩種珊瑚的數量下降了高達97%,它們受到了疾病、汙染、過度捕撈和氣候變化的打擊。它們每年的產卵應該是慶祝的時刻。但在經過數百萬年成功的集體性交之後,這種繁殖行為現在可能正在導致它們的最終滅亡。

一份今年夏天的報告增加了越來越多的證據,表明另一種珊瑚Acropora prolifera可能正在佔據以前由麋角珊瑚和鹿角珊瑚佔據的珊瑚礁。基因測試表明,這種珊瑚遠非外來入侵者,實際上是麋角珊瑚和鹿角珊瑚雜交的後代。A. prolifera是一種雜交種。它的明顯崛起表明珊瑚的性行為已經錯亂。

珊瑚固定在海底,無法移動進行交配。相反,就像樹木向風中傳播花粉一樣,珊瑚會將數千個漂浮的卵子和精子束釋放到海中。這些粉紅色的球體靜靜地漂向海面,形成一場海底雪暴——只是“雪花”是向上漂浮而不是向下漂浮。


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在海面上,這些卵子束破裂,脂肪卵子和精子溢位,與附近珊瑚群落的配子混合,這些珊瑚群落已經完美地同步了自己的釋放。在組織海洋狂歡方面,珊瑚具有無可挑剔的時間:數百英里的珊瑚礁上的數百個珊瑚群落都在彼此幾分鐘內產卵——它們可以做到這一切,而且它們甚至沒有大腦。這種協調使得珊瑚可以在不必去任何地方的情況下“聚在一起”。

但是對於密切相關的物種,例如鹿角珊瑚和麋角珊瑚,所有這些精子和卵子到達海面意味著一個物種的精子可能會撞到並“意外地”使另一個物種的卵子受精。這種不匹配的受精通常會殺死卵子,或者有時會導致雜交種。雖然半人馬座和獅身人面像似乎是厲害的後代,但在現實世界中,雜交種對親本物種來說可能是壞訊息。

首先,雜交種通常是基因死衚衕。騾子——母馬和驢的後代——就是一個很好的例子。它們完全不育。其次,可以繁殖的雜交種通常會產生劣質的後代,這種現象被稱為雜交衰退。第一代雜交種(F1)可能很強壯,具有“雜交優勢”,甚至超過其親本物種。但是後代(F2和F3,雜交種與雜交種交配的產物)可能適應性較差或無法繁殖——它們是基因死衚衕,延遲了。

最後,有時,雜交種會茁壯成長,能夠成功繁殖。在這種情況下,雜交種可能導致也可能不導致其親本物種的衰退——這取決於有多少繁殖被轉移到形成雜交種而不是原始的兩個物種,以及成年雜交種是否在資源競爭中超過其親本。A. prolifera看起來很像後一種情況,但結局仍然未知。

直到最近,這些混合後代都極為罕見。化石記錄中沒有出現任何雜交種(儘管這可能是抽樣問題),而且在現代珊瑚礁上,它們只出現在邊緣棲息地——依附在珊瑚礁邊緣的被遺棄者。幾年前,關於雜交的Acropora正在崛起的傳言引起了人們對已經岌岌可危的分枝麋角和鹿角珊瑚物種的未來命運的極大擔憂。

那時,諾瓦東南大學的珊瑚生物學家Nicole Fogarty博士決定進行一些調查。“我們發現雜交種生長得非常快。在我們調查的大多數地點,它們都與一種或兩種親本物種相鄰、纏繞在一起或位於其之上,”她說。

Fogarty的基因研究表明,不同的雜交種群落是多次、獨特的繁殖事件的結果:它們不僅僅是無性繁殖的克隆體(珊瑚可以做到的把戲)。那麼,在維持了數百萬年獨立的、成功的身份之後,為什麼麋角珊瑚和鹿角珊瑚突然把它們的基因搞得一團糟?

Fogarty仍在努力弄清楚這一點。但在最近的一次談話中,她告訴我,她認為這可能與它們的急劇下降有關——我們在某種程度上要為此負責。

麋角珊瑚和鹿角珊瑚在同一夜晚的同一時間產卵,但生活在不同的深度區域。“在過去,”Fogarty解釋說,“當珊瑚茂密時,當每個珊瑚產卵時,卵子被它們自己物種的精子淹沒。”但是今天,包括人為汙染、過度捕撈和氣候變化在內的多種因素使得珊瑚群落稀少。卵子漂浮在沒有受精的情況下會持續更長的時間——足夠長的時間來撞到另一個物種的精子。

受精實驗表明,鹿角珊瑚的卵子相當隨意——接受麋角珊瑚的精子與接受自己物種的精子一樣容易。因此,如果有機會,雜交就會迅速發生。對於鹿角珊瑚卵子來說,受精總比死處女要好。

好訊息是,這些雜交種可能能夠填補正在衰退的Acropora親本留下的空白,為依賴珊瑚作為住所和食物的珊瑚礁居民提供足夠的結構。壞訊息是,在某些地方,雜交種似乎正在將它們的親本從珊瑚礁上趕走。

Fogarty正在試圖弄清楚是否有更多的雜交後代出生,或者它們只是在空間競爭中超過了年輕的麋角珊瑚或鹿角珊瑚,或者兩者兼而有之。在某些地點,它們似乎比它們的親本物種表現更好,疾病、捕食和漂白率較低——這是雜交優勢的明顯跡象。

而且,有證據表明A. prolifera確實是可育的,或許在不止一種方式上。基因測試表明,第一代雜交種可以與它們放蕩的親本鹿角珊瑚交配。這造成了一種珊瑚進退兩難的局面。第一代雜交種的表現越好,它們混亂的基因就會使產卵事件更加混亂,導致更多的回交和更少的純種鹿角珊瑚。最近,Fogarty和賓夕法尼亞州立大學的同事Iliana Baums博士初步發現,雜交種也可以彼此交配,形成第二代雜交種。

這種前景令人擔憂,但Fogarty警告說,關於這些物種如何繁殖,我們還有很多不瞭解的地方。她提醒我,雜交種的興起並非珊瑚獨有的現象,而且並不總是壞訊息。

正如一篇關於雜交的最近的文章所述,從灰北極熊(北極熊與灰熊的後代)到海豚,一個不斷變化的星球帶來了物種如何(以及與誰)繁殖的變化。有時,雜交能力可以幫助兩個物種產生能夠更快適應新環境條件的後代。新英格蘭的狼-土狼-狗嵌合體和加拉帕戈斯群島的雀類似乎就是這種情況。A. prolifera也可能是這種情況,它在比其親本能夠忍受的更淺、更溫暖的水域中茁壯成長。隨著人類繼續在環境中造成大規模和快速的變化,動物將繼續適應,包括與以前在其性範圍之外的物種交配。

與許多其他進化過程一樣,雜交的結果仍然未知。對於加勒比地區的Acropora珊瑚來說,這可能是災難性的,導致生物多樣性的喪失;或者這可能被證明是分枝珊瑚的救星——創造出一種更適合我們不斷向珊瑚礁施加的人為影響的新物種。只有時間和更多的研究才能說明一切。

About Marah J. Hardt

A scientist and storyteller, Marah works at the crossroads of research, creative communication, and strategy to build a sustainable future for people and the sea. She is the Research Co-Director at Future of Fish, a non-profit that supports entrepreneurs and businesses whose ideas allow oceans, seacoast communities, and marine economies to thrive. She is also currently writing her first book, Sex in the Sea, a journey you can follow at www.sexinthesea.org.

As founder of OceanInk, Marah spent five years working as a consultant with interdisciplinary teams investigating coral reef health, fishery impacts, ocean acidification, and the greening of the global seafood supply chain. She was a founding researcher for Future of Fish and a contributing researcher and writer to The Green Blue Book (Rodale Press) and The Big Handout (Rodale Press). Prior to OceanInk, Marah was a research fellow at Blue Ocean Institute, where she created and launched their climate change program, including an initiative to engage scientists and religious leaders in constructive conversation about halting climate change. Her work has been published in scientific journals, books, and popular magazines (大眾科學, The American Prospect). She received her PhD in marine science from Scripps Institution of Oceanography.

You can follow her work on her blog, www.sexinthesea.org.

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