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就在海面之下，一場戰爭正在進行。珊瑚礁不斷受到海藻的攻擊，它們試圖奪取控制權，竊取珊瑚最佳的陽光照射位置。許多植物入侵者都配備了致命的化學武器，可以擊垮珊瑚的新陳代謝，這似乎是對一個看似手無寸鐵的對手的不公平戰鬥。但珊瑚並非毫無防備；正如《科學》雜誌上的一篇新論文所示，珊瑚有魚保鏢隨時準備進行防禦。
珊瑚礁是地球上生產力最高的生態系統之一，同時也是受威脅最嚴重的生態系統之一。當管理者和科學家們努力尋找保護這些珍貴棲息地的方法時，大堡礁的珊瑚覆蓋率已經下降了 50%，加勒比海的珊瑚覆蓋率下降了 80%。這種損失波及到食物鏈上游，導致漁業和生態系統服務下降。但並非所有生物都為珊瑚的衰退而悲痛——當珊瑚掙扎時，海藻會獲得好處。
珊瑚和海藻之間一直在爭奪主導地位。在健康的珊瑚礁上，海藻受到以植物為食的魚類和無脊椎動物的控制，它們阻止藻類蔓延到它們的珊瑚家園。當這些食草動物消失時，就像 20 世紀 80 年代加勒比海的海膽大量死亡時一樣，藻類會瘋狂蔓延，降低棲息地的複雜性，並使許多魚類無家可歸。直到最近，珊瑚在這個持續的戰鬥中似乎還是相對被動的。但現在，佐治亞理工學院的科學家發現，珊瑚會積極招募防禦者來對抗藻類入侵。
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“我們一直在研究珊瑚-海藻之間的相互作用，以確定哪些海藻對哪些珊瑚的損害最大以及所涉及的機制，”研究的共同作者、佐治亞理工學院生物學院教授馬克·海解釋道。他和他的博士後丹妮爾·迪克森發現，海藻 Chlorodesmis fastigiata 對珊瑚具有特別的化學毒性，會釋放脂質毒素，傷害與之接觸的珊瑚。然而，在進行實驗的斐濟，珊瑚似乎能夠自保。考慮到食草動物的重要作用，該團隊決定看看生活在珊瑚中的魚類是否會代表它們的家園進行反擊。因此，他們選取了擁有常駐鰕虎魚的 Acropora nasuta （一種重要的造礁珊瑚）種群，並從其中一些種群中移走了魚。然後，他們將藻類或由尼龍線製成的藻類模擬物放置在珊瑚上，並在幾天內觀察珊瑚的變化。
雖然假藻類（在物理上覆蓋了珊瑚，但缺乏藻類本身的化學武器）沒有產生任何影響，但移植藻類的珊瑚都因引入這種競爭性植物而受損。但是，科學家們注意到，保留了魚類居民的珊瑚情況要好得多。三天後，珊瑚上殘留的海藻量減少了 30%，而珊瑚本身受到的損害僅為沒有魚類種群的珊瑚的 20% - 30%。
在確定了生活在珊瑚中的魚類的重要作用後，該團隊進一步調查了魚類、珊瑚和藻類之間的相互作用。該團隊再次將 Chlorodesmis fastigiata 引入珊瑚，但這次他們觀察了魚類的反應。幾分鐘之內，只有幾英寸長的小鰕虎魚從它們的藏身之處出現，開始啄食和吞噬海藻。“這些小魚會出來把海藻割掉，使其不接觸珊瑚，”海說。
為了真正瞭解發生了什麼，科學家們從未受損的珊瑚旁、藻類仍然存在時被藻類損壞的珊瑚旁、藻類被移除後被藻類損壞的珊瑚旁以及遠離珊瑚的單獨藻類中採集了水樣。他們將鰕虎魚暴露在這些水樣中，並觀察它們的反應。在不到 15 分鐘的時間裡，鰕虎魚被受損珊瑚中的水吸引，但對藻類本身的化學訊號沒有反應。“我們發現，鰕虎魚是被“呼喚”到被藻類破壞的區域的，而這種“呼喚”來自受損的珊瑚，而不是來自海藻。”
“這種珊瑚正在招募一英寸長的保鏢，”海解釋說。“這種情況發生得非常迅速，這意味著它對珊瑚和魚都非常重要。珊瑚釋放一種化學物質，魚立即做出反應。”科學家們甚至透過使用來自另一種但密切相關的珊瑚物種的海藻損傷水來測試鰕虎魚，但魚沒有反應。“鰕虎魚來營救它們的宿主珊瑚，但對相關珊瑚的化學訊號沒有反應，”海說。
鰕虎魚並非完全無私。鰕虎魚不僅僅吃海藻，它們還吃珊瑚本身的粘液。“魚在安全的地方獲得保護，並從珊瑚那裡獲得食物，”海解釋說。“珊瑚獲得一名保鏢，以換取少量食物。這有點像交稅以換取警察保護。”
除了保衛家園，該團隊還發現，其中一種小魚透過食用入侵的海藻獲得了額外的防禦能力。“已知其中一種鰕虎魚會產生有毒的皮膚分泌物，”海解釋說。“這種鰕虎魚會食用有毒的海藻，並變得更有毒，”從而有助於保護它免受潛在捕食者的侵害。在珊瑚中發現的另一種主要的鰕虎魚沒有這種防禦能力，但它仍然擊退了攻擊者。“它從其宿主珊瑚上修剪了海藻，但並沒有食用海藻 - 它顯然只是修剪了海藻然後吐了出來。”
科學家們甚至能夠縮小海藻中引起珊瑚發出求救訊號的物質範圍。該團隊提取了海藻化學物質的不同部分，並將它們應用於假尼龍模擬物。只有含有已知脂質化學武器的提取物觸發了魚類防禦系統。
“我是一名研究化學介導相互作用的生態學家，但這裡進行的奇妙而微妙、細緻入微的特定化學舞蹈仍然令我震驚，”海說。他指出，這些發現突顯了珊瑚礁上互利互動的重要性。“一些海藻和珊瑚之間的競爭已經足夠重要，足以推動這種珊瑚與其互利魚類之間奇妙而精確的訊號傳遞的進化。”雖然類似的互利防禦系統在陸生物種中得到了很好的描述，但這還是首次在海洋環境中展示這種相互作用。
海還強調，至少在生態系統方面，大小真的無關緊要。“生物體不必很大或很多才具有重要的生態意義，”海說。“這些微小的、不顯眼的魚類對於減緩或阻止海藻對珊瑚造成的損害非常重要，因此對於穩定珊瑚礁、防止珊瑚流失和珊瑚礁衰退也很重要，但它們卻被低估了。”
引文：Dixson D.L. & Hay M.E. (2012)。珊瑚透過化學方式提示互利魚類移除競爭性海藻，《科學》，338 (6108) 804-807。DOI：10.1126/science.1225748
照片：珊瑚和海藻 © Paul Asman 和 Jill Lenoble，根據 Gaia Guide 的知識共享許可使用；鰕虎魚保衛珊瑚，由 Danielle Dixon 提供，佐治亞理工學院提供；幼年鰕虎魚，由 Joao Paulo Krajewski 提供，佐治亞理工學院提供