珊瑚礁是海洋生物多樣性最豐富的生態系統之一，海洋保護區能為各種海洋生物提供安全的棲息地。從全球范圍看，海洋保護區都是保護珊瑚礁等海洋生態系統最有效的手段之一。上圖是潛水所攝珊瑚礁。圖源：卡塔爾氣候與環境部｜供圖：王敏幹（John MK Wong）
珊瑚礁是海洋中生物多樣性最豐富的生態系統之一，為海洋生物提供了豐富的生態效益，并且對人類社會有著重要的經濟意義，它們保護海岸線免受風暴侵襲，為旅游業和漁業帶來可觀的收入，還為藥物研發提供了寶貴的資源。然而，由于氣候變化等因素的影響，珊瑚礁生態系統正面臨前所未有的危機。在過去十年間，全球超過13.5%的石珊瑚覆蓋面積喪失，珊瑚白化現象也愈發頻繁和廣泛。因此，監測珊瑚礁生態系統健康變得日益重要。

傳統的珊瑚礁監測方法主要依靠潛水員進行的視覺調查，這種方法勞動強度大，且無法提供關于珊瑚礁衰退源頭的診斷信息。相比之下，珊瑚礁水域微生物能夠提供關于珊瑚礁環境和珊瑚礁生物的信息，其獨特生長特性使得微生物群落的變化可以反映環境變化，如氧氣、營養物質或pH值的變化，并且微生物監測能夠在更短的時間尺度上反映變化，這對于及時采取行動保護珊瑚礁至關重要。

珊瑚礁水域微生物包括細菌和古菌等，它們數量眾多，生長迅速，能夠快速響應周圍環境的變化。特定的微生物代表了特定的環境條件或水團。此外，微生物在海洋生態系統中扮演著關鍵角色，它們參與營養物質的循環和能量的轉化，對于維持珊瑚礁生態系統的平衡也至關重要。因此，將微生物作為診斷指標來監測珊瑚礁生態系統健康具有重要的意義。

在伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）和喬治梅森大學科學家們最近開展的一項研究中，研究人員主張利用這些微生物作為珊瑚礁監測和保護的有力工具。珊瑚礁水域微生物的采樣方法多種多樣，根據不同的監測目的和條件可以選擇合適的方法。在珊瑚礁表面，可以通過將消毒過的容器浸入水面下收集水樣；而在深度較大的地方，則需要使用特殊的采樣工具。不同的分析方法所需的水樣體積也不同，例如微生物細胞計數需要的水樣量較少，而基于分子基因標記的方法（如16S rRNA基因）通常需要60毫升至2升的水樣，而全基因組分析方法則需要2至10升的水樣。

**在采樣地點的選擇方面，**微生物動態可能在不同的水柱深度上有所不同。在淺水珊瑚礁中，微生物的豐度和組成在表層和底層之間相似，這反映了這些地點的水柱混合良好。因此，建議在初始調查珊瑚礁水域微生物時，同時采集表層和底層的樣本，因為它們可以反映不同的珊瑚礁、陸地或水動力過程。此外，珊瑚和藻類周圍的微生物群落與遠離這些生物的微生物群落有顯著差異，這種差異是由大型生物的代謝或排泄物引起的，也可以反映大型生物的健康狀況。因此，如果監測的目的是為了獲取更廣泛的珊瑚礁診斷信息，那么在生物體附近采樣可能不是最佳選擇。但如果是為了識別特定珊瑚礁生物的健康問題，如疾病監測，則靠近生物體的采樣將非常有用。

**利用微生物評估珊瑚礁生態系統健康的方法多種多樣，**通過計數微生物細胞可以直接了解水樣中微生物的數量，從而提供關于環境中微生物負荷的直接和準確的圖像。此外，通過對珊瑚礁海水微生物的DNA標記基因（如16S小亞基核糖體RNA基因或16S rRNA基因）進行測序分析，可以獲得關于珊瑚礁海水微生物的多樣性數據，這些數據對于評估珊瑚礁健康和海洋條件非常有用。與此同時，檢測特定的指示微生物物種或信息豐富的標記基因也可以提供關于珊瑚礁或環境條件的信息。

研究人員表示，整合不同來源的數據參數，能夠提供關于海洋和珊瑚礁健康狀況的更為全面且深入的信息。隨著珊瑚礁海水微生物數據庫的增長，可以實施機器學習方法，最終，從全球數據中學習到的模式可以用來開發一個珊瑚礁海水微生物健康指數，這個健康指數將有助于提供一個簡單的、易于傳達的數字，這個數字可以被非微生物學家理解和使用，并且可以被珊瑚礁利益相關者和政策制定者用來做出更合適的關于珊瑚礁保護和恢復活動的決策。

**研究指出，**除了標準化的采樣、處理和分析外，數據共享將是具有挑戰性的任務，需要在地方、國家和國際各級利益相關者之間進行協調。其中，一些現有的網絡或許可以用來簡化這一過程。例如，國際珊瑚礁倡議（ICRI）是一個可以利用的數據收集和共享框架，通過組織國際會議和發布報告，促進各國之間的合作。ICRI與全球珊瑚礁監測網絡（GCRMN）聯合出版了多份《全球珊瑚礁狀況報告》，這些報告為珊瑚礁保護提供了科學依據。

“我們認為這些微生物可以增強我們對珊瑚礁生態系統的了解，并提升決策框架的水平。”研究人員表示，“通過傾聽珊瑚礁水域最微小的聲音，我們可以更好地保護海洋中一些最重要的生態系統。”

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編譯 | Sara
審核 | YJ
排版 | 綠葉

參考資料略

來源: 海洋與濕地