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破珊瑚白化新進展 嫌疑犯「超氧化小體」有了新定位
作者：馮加伶
還記得今年（2016年）3月澳洲大堡礁珊瑚大白化的事件嗎？這個全世界最大最長的珊瑚礁群，因為夏季水溫居高不下，讓9成的珊瑚礁都受到白化影響。澳洲的珊瑚研究團隊還出動直升機和調查船，進行大規模的海空調查。
這樣慘況不是只有發生在大堡礁，台灣的水下攝影師 Yorko Summer 於今年（2016年）4月拜訪塞席爾（位於非洲東部印度洋的群島國家）時，也目睹了大規模的珊瑚白化事件。
【影片】 一眼望去整片的白化珊瑚，看似夢幻，卻是珊瑚病危的警訊。
影片來源：Yorko Summer，臉書粉絲專頁＂好嗨 HiExplocean”
珊瑚白化是什麼？
俗話說一白遮三醜，亞洲女性都嚮往有著一身白皙透亮的肌膚，但是在珊瑚的世界裡，可完全不是這麼回事，當珊瑚變白的時候，通常都是生病或是狀況不好的時候。
要了解珊瑚白化是什麼，我們要先從珊瑚的結構開始看起，無論是高達數公尺的大珊瑚團塊或是幾公分的小珊瑚，它們都有著一樣的基本結構，都是由一隻一隻的珊瑚蟲個體所構成的。珊瑚蟲（polyp）是珊瑚的基本生存單位，珊瑚蟲的上半部為開口，開口周圍有著一圈觸手，觸手表面有刺絲胞可用來捕食海水中的浮游生物，再將食物送入口中，內部有著消化腔和生殖組織（可以產生精子、卵子或是精卵束），珊瑚蟲的底部則是珊瑚的骨骼，珊瑚生長時會分泌碳酸鈣，經年累月逐漸累積，形成珊瑚礁。
雖然珊瑚可以自行捕食，但是功力有限，
當陽光、水溫、水質等一切的條件都正好的時候，珊瑚和好夥伴共生藻彼此合作無間，除了提供珊瑚營養，還讓珊瑚增添色彩，不同種類的共生藻加上珊瑚本身的螢光蛋白，讓珊瑚礁有著繽紛亮麗的各種面貌。
圖片來源：Marco Chang，Marco Chang Underwater Photography 臉書粉絲專頁
但是珊瑚對環境變化很敏感，海水溫度的改變（低溫或高溫）、混濁的水質和污染等環境因素，都會讓珊瑚與共生藻感到壓力，共生藻因此停止工作、慢慢死亡或是離開珊瑚蟲，珊瑚的顏色也會變得越來越淡，最後只剩下透明的珊瑚蟲與白色骨骼，這個現象稱作『珊瑚白化』。珊瑚絕大部分的營養來源都是由共生藻所供給，如果白化的時間持續過久，珊瑚就會因饑餓而導致死亡。有時候生病的珊瑚也會出現局部白化的現象，總之，珊瑚真的不是越白越漂亮，而是珊瑚健康出狀況的一個警訊。
珊瑚礁的生物多樣性極高，是許多珊瑚礁魚類和無脊椎動物的家、也是許多大型迴游性魚類的孵育場，這些海洋生物是人類賴以為生的糧食來源; 珊瑚所分泌的天然物質是許多現代醫學的寶物，有些成分具有美白、保濕，甚至還開發成為抗癌和阿茲海默症的藥物; 珊瑚的碳酸鈣骨骼，既堅硬又兼具透氣排水的特性，被許多沿海地區的居民當作建材，像是澎湖地區著名的雙心石滬和石厝。有著美麗珊瑚礁的地區，也經常是受歡迎的觀光景點，帶來了龐大的經濟收益。除此之外，珊瑚礁的複雜結構可以削弱海浪對陸地的衝擊，是最天然的消波塊，無時無刻保衛著我們的家園。
珊瑚礁所提供的服務和好處，佔據了我們食醫住行（旅行）的各個層面，但是這些好處，都有個先決條件，那就是它們必須是健康的。因此，許多科學家都特別關注珊瑚白化的成因和機制，希望能找到預防和減緩珊瑚白化的方法。
最近，科學界有個出人意表的新發現，超氧化小體（superoxide），一種存在於所有耗氧生物體內的天然毒素，以前都被視為是造成珊瑚白化的罪魁禍首，現在除了洗刷罪名，還被發現可能對珊瑚的健康有助益，可說是重獲新生。
什麼是超氧化小體？
超氧化小體，是生物進行有氧代謝過程中所產生的副產品，這些粒子非常微小，加上有著不穩定分子結構（未配對的自由電子），因此十分活躍，很容易就和其他化學分子互動，在細胞內進行化學反應。如果這些超氧化小體的濃度太高，很容易造成細胞的壓力和損壞。
過往，科學家認為珊瑚體內的超氧化小體，就像非常活潑到處搗蛋的小頑童，跑到細胞膜會讓細胞膜氧化，在細胞內部會讓蛋白質變性或是讓核酸受損，甚至可以引發細胞自殺的指令。這些種種破壞行徑，都會消耗珊瑚和共生藻的能量，使其失去活力、變白和容易生病。
這篇發表於今年（2016年）12月的文章，則提供了不同以往的觀點，這些來自美國伍茲霍爾海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution, WHOI）的科學家發現，如果這些超氧化小體是在珊瑚表面產生的，不在珊瑚的細胞內，反而對珊瑚的健康和韌性*（ resilience）有所助益。
圖片來源：Eric Taylor，Woods Hole Oceanographic Institution 伍茲霍爾海洋研究所。
科學家在珊瑚經歷白化事件時，利用化學冷光的分析儀器實際測量珊瑚表面的超氧化小體濃度，同時利用俗稱為PAM（攜帶型葉綠素螢光光合作用分析設備）來推估珊瑚體內共生藻進行光合作用的程度。這也是研究最困難的地方之一，因為超氧化小體的測定相當困難，這些化學分子相當活躍，在自然環境中大約只有30秒的壽命，無法在野外採樣再帶回實驗室進行分析。
為了克服採集上的困難，這群科學家想出了在野外及時採樣的方法，他們將分析儀器帶到船上，還設計了一個特殊的吸頭，收集珊瑚表層的海水，測量水流的速度，盡可能加快分析的時間，減少超氧化小體濃度測量的誤差。
研究發現這些珊瑚對抗白化的能力和珊瑚表面的超氧化小體有關，某些對白化抵抗力特別差的珊瑚種類，它們表面的超氧化小體濃度都很低。相反的，韌性很高，能夠存活下來的白化珊瑚，其表層超氧化小體的濃度都很高。
除此之外，研究結果顯示，珊瑚表面超氧化小體的濃度和光線強度、珊瑚體內共生藻濃度和珊瑚白化程度等因子，沒有任何直接的關聯，反而是與珊瑚的種類和其體內細菌的組成有關。這些結果揭露了珊瑚的另一面，那就是它們與其體內的微生物，都具有調控周圍環境的能力，也讓我們知道原來超氧化小體對珊瑚健康和生理狀態的影響，可是「種類限定」的。
雖然這些珊瑚表層的超氧化小體從何而來？作用機制為何？都還是尚未解開的謎題。但是這個嶄新的發現，讓我們重新思考珊瑚白化的成因和機制，也給超氧化小體這個毒素一個新的定位。未來，或許還能成為對抗珊瑚白化的一帖良藥。
參考資料
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