纽卡斯尔大学的 LIAM LACHS、ADRIANA HUMANES 和 JAMES GUEST 报告称,选择性育种是有效的,但仍需迅速采取气候行动来拯救珊瑚礁
我们的研究小组培育出了能够更好地抵御海洋热浪的珊瑚。我们的研究成果现已发表在 自然通讯,表明即使在一代之内也有可能提高珊瑚的耐热性。
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我们通过选择性育种实现了这一目标:这是人类数千年来用来培育具有理想特征的动物和植物的技术。选择性育种就是人类将狼狗变成圣伯纳犬、吉娃娃和 两者之间的一切.
现在,选择性育种被视为自然保护的一种工具,特别是对于珊瑚礁而言。Coralassist 实验室(我们属于该实验室)和帕劳国际珊瑚礁中心一直在专门研究珊瑚在热浪中的生存。我们最新的成果是七年工作的结晶。
海洋热浪引发大规模珊瑚白化和死亡,2023-2024 年被宣布为 第四次全球大规模白化事件. 辅助进化方法(如选择性育种)旨在促进自然适应,为珊瑚在气候变化下的生存争取时间。
然而,与未来预期的海洋热浪强度相比,我们选择性培育的珊瑚的耐热性改善是微不足道的。
虽然选择性育种是可行的,但它可能不是万能药。我们仍然需要通过减少温室气体排放来解决大规模珊瑚白化的原因,以缓解气候变暖,并为辅助进化计划的实施提供时间。
如何培育耐热珊瑚
第一步是确定珊瑚礁中许多潜在母珊瑚的耐热性。然后,我们选择特定的个体来培育两个不同的后代家族,这些后代的耐热性被选择为高耐热性或低耐热性。我们养育这些后代三到四年,直到它们达到生殖成熟期,然后测试它们的耐热性。
我们针对两种不同特性进行了选择性育种试验,一种是对短时间强烈热暴露的耐受性(温度比正常值高 3.5°C,持续十天),另一种是对强度较低但长期暴露的耐受性,这种暴露更常见于自然海洋热浪(温度比平均值高 2.5°C,持续一个月)。
这使我们能够估计每种性状的遗传性、对选择性育种的反应以及两种性状是否具有共同的遗传基础。
选择耐高温而非耐低温的父母,可以增强其成年后代对两种测试特征的耐受性。
遗传率约为 0.2 至 0.3(以 0 到 1 为范围),这意味着后代耐热性变异的四分之一是由父母遗传的基因决定的。换句话说,这些特征具有实质性的遗传基础,自然和人工选择可以在此基础上发挥作用。
我们通过以下方式测量累积热应力和耐受性 升温度周 (°C-周),这既反映了温度的升高程度,也反映了温度的持续时间。考虑到 这些特定珊瑚中发现的特征变异理论上,在一代中,耐热性可以提高约每周1°C。
然而,即使这种程度的增强也可能不足以跟上越来越强烈的热浪。根据气候行动,预计未来几十年热浪强度将上升约 每十年降温 3°C 的几周,比我们研究中取得的增强速度更快。
有趣的是,选择性培育的耐高温、短期压力的珊瑚,与耐低温、短期压力的珊瑚相比,在长期高温压力下存活的能力并没有提高。
由于没有检测到遗传相关性,这些特征可能是由独立的基因组驱动的,而善于在短暂的剧烈热应激中生存的珊瑚并不一定善于在长期海洋热浪中生存。
这将具有重要意义,因为这类工作将受益于廉价而快速的测试,这些测试可以有效地识别耐热的繁殖群落。然而,如果这些测试不能预测哪些珊瑚群落能在长达一个月的热浪中存活下来,这将是一个严峻的挑战。
扩大选择性育种
由于可以选择性繁殖珊瑚以提高其耐热性,下一步就是在野外进行大规模试验。这可能需要部署大量选择性繁殖的珊瑚,可能是直接在珊瑚礁上播种珊瑚幼虫,或种植在水产养殖设施中饲养的珊瑚。
为了实现这一目标,移植的珊瑚必须具备繁殖能力,并为野生种群基因库做出贡献。大规模实施这一目标具有挑战性,但可能不需要补充大面积的珊瑚覆盖率。
相反,建立一个由较少的战略位置的幼虫生产中心组成的网络可能就足够了,这些中心包含高密度选择性繁殖的珊瑚,以最大限度地提高受精成功率。这些中心将用于播种其他珊瑚礁,并为有针对性的行动提供更多的亲本。
仍需要进行大量的研究和开发,许多关键问题仍未得到解答。
需要移植多少珊瑚才能达到预期效果?我们能否确保不会出现危及种群数量的不利因素(迄今为止的证据 这表明这不是一个很大的风险)?我们如何避免在被放归野外后被选择的特性被稀释?我们如何才能最大限度地对选择作出反应?
考虑到海洋变暖的速度, 辅助进化的优化与实施 需要尽快采取行动,才能有机会取得成功,即使只是在小范围内。最重要的是,珊瑚礁的生存仍然取决于紧急的气候行动。
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