摘要
你可能听说过珊瑚礁正在过热，正在从我们的星球上消失。尽管事实确实如此，但也并非所有的消息都令人沮丧!每隔一段时间，令人惊讶的实验就会告诉我们，珊瑚仍然有希望，还有很多东西可以向它们学习。在红海沿岸工作时，我们惊讶地发现，在过热时期，生活在非常咸的水中的珊瑚似乎更强壮。此外，我们还发现海水的盐度与海葵(珊瑚的近亲)处理热量的能力之间存在联系。在这篇文章中，我们将通过放大海葵细胞来测量肉眼看不见的分子来探索这种关系——所有这些都是为了弄清楚盐是如何使海葵和珊瑚在面对不断上升的温度时变得更强的。
气候变化中的热礁
珊瑚是一种动物，可以建造美丽的水下花园，称为珊瑚礁。这些珊瑚礁是数百万其他生物的家园，有些人称它们为我们星球的水下雨林。不幸的是，就像真正的雨林一样，珊瑚礁也处于危险之中。气候变化导致的海洋变暖正威胁着各地的珊瑚。换句话说，珊瑚正在过热!
当珊瑚开始感受到过热的压力时，也就是所谓的热应激，它们就失去了帮助它们建造茂盛珊瑚礁的重要伙伴。这些伙伴是微小的植物状细胞，称为微藻。微藻生活在珊瑚细胞内，为它们提供生长和保持健康所需的食物。这种关系是一种共生关系，在这种关系中，两个不同的生物生活在一起，通常彼此受益。这种小藻类通常被称为藻类共生体（图1)．当藻类共生体由于热应激被逐出珊瑚组织时，珊瑚就失去了主要的食物来源。这个事件叫做珊瑚白化因为珊瑚因为失去了藻类共生体而变成白色。如果没有来自共生体的食物，如果热应激持续下去，珊瑚最终可能会饿死。
- 图1 -单元格中的单元格
- 除了细胞的所有正常部分外，珊瑚和海葵细胞还包含一个额外的细胞——藻类细胞。珊瑚和海葵与它们的藻类共生，相互交换生存所需的营养物质。共生细胞可以利用叶绿体产生大量的糖。共生体将一些多余的糖提供给珊瑚或海葵细胞，以换取其他重要的营养物质，它不能用任何其他细胞隔间生产。
咸海葵在热应激时更强壮
在之前雷竞技rebat《青年思想前沿》的文章，我们描述了一个用海葵做的实验Aiptasia一种具有相同藻类共生体的珊瑚的近亲，以了解更多关于珊瑚白化的知识。我们感兴趣的是盐度，水的含盐量，对漂白。令我们惊讶的是，我们发现高盐度海水中的海葵在热应激时更强壮。生活在更咸的海水中的海葵褪色得更少!他们保留了更多的藻类共生体，继续为海葵提供食物。我们通过计算海葵内部的藻类共生体来测量这一点[1］．虽然这是一个有趣的实验，但我们想知道为什么我们的咸海葵保持了它们的藻类共生体，而在较低盐度下生长的海葵却没有。
我们的主要假设是，在高盐度条件下的海葵调整了它们的细胞以适应更高的盐含量。为了做到这一点，海葵或它们的藻类共生体必须产生一些东西，要么帮助它们处理更咸的水，要么使它们更能抵抗热应激。此外，我们从其他实验中知道，在热应激期间，危险分子会打来电话活性氧，会导致珊瑚白化[2，3.］．活性氧可破坏海葵/珊瑚及其藻类共生体的细胞。因此，我们认为，在高盐度条件下，可能存在一些分子可以保护海葵及其藻类共生体免受ROS的侵害。为了找到在高盐度的水中产生的可以对抗破坏性活性氧的分子，我们重复了之前的实验——但我们分析了海葵细胞内产生的分子及其藻类共生体。
糖，生命的燃料
所有的细胞都是微小的、封闭的隔间，里面充满了工厂、储藏室、积木和微型分子“机器”。而且，就像机器一样，细胞需要能量才能正常工作。能量是细胞的宝贵资源。它是由一种最重要的细胞结构——细胞的动力源——线粒体产生的。在线粒体内，我们吃的食物中的糖被转化为细胞机制的能量。除了线粒体，藻类共生体还有特殊的结构，叫做叶绿体，通过从阳光中产生富含能量的糖来产生食物!这个过程被称为光合作用——与你花园里的植物生产它们自己的食物的过程相同!
由于海葵和珊瑚没有叶绿体，它们不能通过光合作用从阳光中产生糖。然而，如果它们与藻类共生体生活在一起，它们可以从光合作用的藻类细胞中接收这些糖。虽然藻类共生体使用一些糖来保持它们自己的机器运行，但很大一部分是与海葵或珊瑚宿主共享的!多划算啊!
热:分享糖的敌人
不幸的是，在热应激下，共生生物的细胞机制会受损。这会停止光合作用和藻类共生体和珊瑚之间的糖共享。这种损害是由我们之前提到的ROS分子的积累造成的——它们可以想象成能量生产过程中产生的微小“火花”。如果产生太多这样的火花，或者如果它们以不受控制的方式产生，它们会“点燃”部分藻类共生体，破坏它们[4］．这可能会导致漂白。珊瑚白化的细节，ROS的作用，以及藻类共生体光合作用的结束，都是仍在研究中的复杂课题!
多盐导致多糖:避免渗透休克
你可能想知道为什么我们要谈论糖，而盐是在热应激下保护海葵不褪色的因素，对吗?原因是糖不仅仅是能量!细胞内有多种形式的糖和含糖分子。像许多其他分子一样，糖帮助细胞处理周围水的盐度。糖会影响身体的自然过程渗透通过扮演osmolytes．渗透液是细胞中可以产生或分解的物质，以帮助细胞适应周围的盐度。如果渗透压得不到迅速调整，细胞就会进入一种叫做渗透压休克，这可能会损害它。因此，渗透液可以挽救某些细胞的生命。
海葵使用一些糖作为能量来源，但也使用糖作为渗透剂来适应周围的高盐度。由于藻类共生体在海葵细胞内，它们也必须适应盐度。这种盐-糖的联系将咸环境与海葵细胞内部的变化以及它们的藻类共生体联系起来。
在我们的实验中，我们将海葵置于低、中、高盐度的热胁迫下。然后，我们观察渗透糖是否发生了变化，以了解藻类细胞内部发生了什么。在此过程中，我们发现了一种特别的含糖分子:floridoside．
佛罗里达的许多面孔
佛罗里达糖苷是一种含糖分子，也是一种已知的渗透剂。我们发现，保存在高盐度水中的海葵的藻类细胞中含有大量的氟藻苷。通过建立更多的红藻糖苷，藻类共生体适应了新的盐度，没有进入渗透休克，避免了伤害!
有趣的是，floridoside有双重生活!它也可以作为ROS中和剂!换句话说，floridoside会在能量产生过程中产生“火花”。通过防止ROS在藻类共生体中积聚，floridoside可以防止细胞损伤，从而阻止光合作用和海葵和藻类共生体之间的糖共享，从而导致珊瑚白化。
为了检测红桃苷对活性氧的中和作用，我们测定了不同盐度下海藻共生体在热胁迫下产生的活性氧的量。我们观察到，在藻类共生体中检测到的氟藻糖苷越多，ROS就越少。这种更多的氟化糖苷和更少的ROS之间的关系可能解释了为什么海葵在较高的盐度下漂白较少(图2)．Floridoside作为一种渗透剂和ROS中和剂，可以保护藻类共生体的机制，并确保糖的持续供应海葵。更多的食物对海葵来说意味着更多的能量，这反过来意味着更多的资源来对抗其他压力源，比如热压力。这可能会导致更强的共生关系，换句话说，更少的漂白!
- 图2 -越咸越好
- 在底部，你可以看到在热应激期间海葵的低盐度(蓝色)、中等盐度(黄色)和高盐度(红色)。里面藻类最多的海葵是最黑的——注意这只海葵的盐度最高，而盐度最低的海葵则完全漂白了。在这些海葵的海藻共生体中，我们测量了渗透物floridoside和ROS的水平。在最低盐度下，我们发现在热胁迫下，低氟化苷和高ROS。在最高盐度下，在热胁迫下，我们看到了高的红藻糖苷和低的ROS。这表明，较高的盐度与高水平的氟化木苷有关。高水平的floridoside似乎可以通过潜在的中和ROS分子和防止漂白来保护藻类共生体免受热应激。
简而言之
水的盐度改变了细胞的行为方式以及它们产生的物质。这意味着盐度对整个动物有很大的影响。高盐度导致海葵细胞和它们的藻类共生体调整它们的渗透物水平，如氟化苷。水越咸，它们产生的渗透性物质就越多。Floridoside是一种含糖的渗透剂，也可以中和可以破坏藻类共生体的ROS。盐度、热应激和白化之间的这种联系可以帮助解释为什么海葵和一些珊瑚物种在生活在更咸的水中时，在热应激下漂白得更少，比如生活在红海中的海葵。
在科学领域，这并不是故事的结局。有许多分子可以充当渗透剂，并不是所有的海葵和珊瑚都依赖于相同的分子。它们可能使用不同的渗透压剂来适应盐度的变化。此外，并不是所有的海葵和只有少数珊瑚测试显示这种盐度影响!这为未来的实验提出了许多新问题。
术语表
藻共生有机体：↑与珊瑚或海葵细胞共生的微观单细胞生物，像植物一样，通过光合作用产生糖，并与宿主共享糖。
珊瑚白化：↑当珊瑚或海葵等生物与藻类共生体共生时，由于藻类共生体的损失而变成白色。
盐度：↑含盐量:水中的含盐量你可以在不同的海洋中找到不同的盐度，这取决于它们的位置。红海是世界上最咸的海之一。
活性氧(ROS)：↑在产生能量的过程中产生的分子，每个细胞内的反应都涉及到氧气。
渗透：↑水通过膜的运动。水总是向膜上有更多溶解物质的一边移动，比如盐或糖。
Osmolytes：↑这些分子被产生、分解或运输到细胞中，以平衡细胞和周围水之间溶解物质的水平，如盐和糖。
渗透压休克：↑细胞周围溶解物质的突然变化，使水迅速进出，对细胞造成损害。
Floridoside：↑海藻共生体内部产生的含糖分子，可以帮助它们适应不同的盐度，并中和产生能量的有害分子。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
原文
↑盖纳，H. M.， Rädecker, N.， Ochsenkühn, M.，巴雷托，M.，齐格勒，M.， Reichert, J.等。2019。在刺丝藻-藻类共生中，高盐度下高浓度的氟藻糖苷将渗透适应与漂白敏感性联系起来。医学杂志。开放8: bio045591。doi: 10.1242 / bio.045591
参考文献
[1]↑盖格纳，H. M.，齐格勒，M.， Rädecker, N.， Buitrago-López, C.，阿兰达，M.，和沃尔斯特拉，C.。2017。高盐度传达了珊瑚模式的耐热性。医学杂志。开放6:1943-8。doi: 10.1242 / bio.028878
[２]↑魏斯，V. M. 2008。刺胞漂白的细胞机制:压力导致共生的崩溃。J.实验生物学．211:3059 - 66。doi: 10.1242 / jeb.009597
[3]↑李宗伟，2006年。海洋环境中的氧化应激:生物化学和生理生态学。为基础。启杂志．68:253 - 78。doi: 10.1146 / annurev.physiol.68.040104.110001
[4]↑Szabó， M.， Larkum, A. W. D.和Vass, I. 2020。《综述:活性氧在大规模珊瑚白化中的作用》，载藻类光合作用:生物化学和生理机制A. W. D.拉库姆、A. R.格罗斯曼和J. A.瑞文(查姆:施普林格国际出版社)主编。p . 459 - 88。doi: 10.1007 / 978 - 3 - 030 - 33397 - 3 - _17