MAnta Rays和Whitetip Reef Sharks在Rio de Janeiro沿着社会偏远的访客滑行’S Hangar-大小的水瓶灰水族馆。在一个实验室楼上,在主画廊之上,正在进行一项新的实验,海洋科学家希望能够提高世界的生存前景’s coral reefs.

二十个矩形水族箱罐,每个约20厘米宽,布置在四楼的网格中。每个人都有一个多彩的珊瑚碎片。研究人员将用肥胖的益生菌鸡尾酒来对待一些坦克,这是一种旨在在艰难的条件下促进弹性的细菌的混合物。

研究员Jo.ão Rosado将Myky液体吸入移液管,然后在第一箱上铺设并小心地按下柱塞,将混合物喷射到海水中。“你能看到那样,喜欢烟吗?” says Rosado’S Conderague Rio de Janeiro大学的同事Pedro Cardoso,通过他的脸上面具。“那些是细菌。”Cardoso正在与我交谈,通过一个现场视频饲料,团队设置,所以我可以远程见证诉讼。灰色细菌云像护罩一样围绕着珊瑚,沉淀出来。后来,Rosado将用益生菌填充的轮刀对待其他坦克—珊瑚用微小的嘴巴吃的微观海洋动物。第三组坦克中的珊瑚将得到两个治疗,第四组中的那些将得到没有。调查人员将在未来几周内探讨各种珊瑚,以了解任何方案是否会改善珊瑚健康。

轮虫的使用是一种新的尝试“good bacteria”遇险的珊瑚。 2020年12月实验的结果将有助于通知生物学家’意图在野外应用益生菌在野外礁中的珊瑚礁,希望改善他们幸存的高温和疾病爆发的机会,这是压倒性的。 Rosado和Cardoso’s trial—由海洋生物学家Gustavo Duarte领导—在2015年出版了第一款益生菌实验的WATER RAQUEL PEIXOTO的工作Peixoto将于今年晚些时候在红海施用益生菌,保护群体急切地探索这一概念。虽然Peixoto和她的同时代人进行了许多实验室实验,并且会仔细限制第一个开阔的海洋测试,但她说珊瑚是如此威胁“有时间让我们采取一些风险。”

珊瑚礁覆盖全球近285,000平方公里的海底。它们在很大程度上集中在十几个主要的链中,但它们对海洋和人类的生活产生了全球影响力。几乎四分之一的海洋物种在那里至少花了一些生活。珊瑚礁潮湿的风暴浪涌和波浪,可以撕裂海岸线。他们在全球旅游业每年喂养数百万人并占近200亿美元的账面。

在大障碍礁石上漂白珊瑚。
漂白的珊瑚,如在澳大利亚凯恩斯外的大堡礁,易受可能导致死亡的饥饿和疾病。信用:Brett Monroe Garner 盖蒂张照片

然而世界’S珊瑚处于可能终端的状态。科学家首次观察到大规模珊瑚漂白—a sign of starvation—1983年,到了20世纪90年代,他们开始将漂白漂白,以改变海洋温度。在1987年至2019年期间,海洋比1955年至1986年之间的温暖量高450%。自1980年以来,94%的珊瑚礁经历了至少一次严重漂白的一集。伟大的障碍礁已经遭受了 三个这样的事件 在过去的五年里。联合国环境规划署的报告估计,这主要是因为海洋变暖,大部分地球’S礁将在2034年遭受年度严重的漂白,而没有干预, 会走了 完全达到2100.即使各国开始在控制下获得碳排放,全球珊瑚礁最有可能会继续。扭转趋势,“我们有一个非常狭窄的时间窗口—basically a decade,”阿卜杜拉国王科技大学的海洋生态学家Carlos M. Duarte说,Saudi Arabia。“窗户很快就结束了。”

发展益生菌的科学家认为这种治疗方法是不仅仅是停止珊瑚礁死亡的尸体。他们认为益生菌有一个真正的机会来逆转已经完成的一些损害,使曾经受到威胁的珊瑚蓬勃发展,并加强了移植到烘焙珊瑚礁上的新人育雏珊瑚。“听起来很自然,”俄勒冈州立大学的海洋微生物生态学家Rebecca Vega Thurber表示。但是,她补充道,“采用适当的实验设计和应用,它可能会有所帮助。”

大问题仍需要答案。在海上施用时,益生菌会洗掉吗?劳动密集型技术是否会在跨越数百公里的珊瑚礁时花费大量资金?即使是最狂热的支持者也确认他们正在运行的风险。在某些方面,珊瑚礁治疗声音有点像地理化—将铁洒入海中以促进藻类的生长,使二氧化碳浸泡或将气溶胶喷涂到空气中以反映太阳’S光线回到空间,减少全球变暖。饲养珊瑚礁可能会在基本一级改变海洋生态系统。

有些专家担心某些细菌可能意外产生新的珊瑚疾病爆发,这是最近的实验室测试中产生的可能性。并且没有人完全了解治疗如何影响海洋生活进一步进一步食物链,如鱼和螃蟹,这些食物和螃蟹在珊瑚息肉上喂养。

然而,与气候变化一样,珊瑚礁的全球前景已经变得如此可怕的是,许多保护主义者认为需要极端修复。“It’对于科学家来说,这不是一个很好的立场[在],”Peixoto说,现在是Kaust的海洋微生物学家。但她说这个决定很清楚。“我们必须采取行动。否则,它’太晚了。”

礁石维修

自20世纪70年代以来,研究人员一直在努力恢复损坏的珊瑚礁。 2000年的以色列Baruch Rinkevich’S国家海洋学研究所开始培养年轻珊瑚的第一个苗圃之一,并将它们移植到遭受捕鱼,潜水或风暴遭受损害的珊瑚礁上。

科学家们开始仔细研究一些漂白的修复。 2010年佛罗里达州的研究人员’S Mote Marine实验室 显示 这是通过在实验室坦克中的健康珊瑚的碎片,他们可以触发a Herculean增长反应 这迅速将这些碎片变成了全面的婴儿珊瑚。 (珊瑚可以通过释放鸡蛋和精子或通过萌芽进行性繁殖—基本上,克隆。)2018年和2019年的墨西哥和以色列的研究人员使用了Mote团队’s strategy to 生成珊瑚碎片 并将它们移植到墨西哥的珊瑚礁上’太平洋海岸。尽管飓风威拉亚的影响有害影响,他们从他们生长的新珊瑚表明令人印象深刻的生存率约为60%。在佛罗里达州’S Reefs,珊瑚的Mote团队已经从2020年合并到更大的殖民地中 开始成功产卵 in the wild.

育种是另一种策略。自从2015年澳大利亚海洋科学研究所(AIMS)和其他地方的研究人员以来一直在实验室选择性地培育所谓的 超级珊瑚携带帮助动物抵抗压力的基因。在该研究所和夏威夷大学的团队’S门珊瑚实验室正在使用这些超级珊瑚“辅助演变,”这涉及选择具有理想的遗传性状的野生珊瑚,例如存活高海温度的能力,然后在高海洋温度下养活它们以产生具有丰富性状的后代。在目的地的2020年实验室研究中,耐温珊瑚营造出来证明了 可能更有26倍 幸存下来的热量比其他珊瑚。

另一种帮助珊瑚的方法是提高繁殖。 2017年,加州科学院的一支团队,自然保护和分解国际,一个保护组织,开始捕捉鸡蛋和精子,即健康的产卵珊瑚在野外释放罕见但可预测的夜晚。研究人员在实验室中完成了施肥,然后将幼虫移植到需要的礁石上。

研究员Kelly Pitts将粘贴装载用单一的益生菌贴在佛罗里达海岸的珊瑚上
研究员Kelly Pitts将液体形式的益生菌液体形式从佛罗里达州海岸的珊瑚上
研究员Kelly Pitts将粘贴装载用单一的益生菌贴在佛罗里达海岸的珊瑚上,希望帮助动物对抗石珊瑚组织丧失疾病(1)。在不同的潜水上,她将液体形式泵在附近的珊瑚上(2)。信用:猎人Noren,NSU,GIS和空间生态实验室 (1, 2)

这些技术分享了令人生畏的缺点:恢复工人必须操纵实验室中的珊瑚,并改进移植它们的方法,缓慢而昂贵的过程。如果治疗性可以直接给予野生的成熟珊瑚,则可能更快和更实惠。这一潜在客户有助于引导百分之百益生菌等研究人员。并且,理论上至少选择性地培养了实验室珊瑚或碎片片段,也可以用益生菌治疗,使它们在移植在海中的热和疾病之前使它们更耐热和疾病。

珊瑚形成是成千上万的动物的星座,每个动物通常比小指指甲小。每种息肉都宿主各种细菌,藻类,真菌和其他微生物,共同称为其微生物组。如人体肠道的微生物,这些小居民开展了保持整个系统功能的任务。近年来偏见分析—在息肉上测序微生物的基因—提供了更清晰的图片,微生物正在进行的任务。马萨诸塞州理工学院的科学家,树林洞海洋研究所,以及其他地方孤立的细菌 消耗多余的氮气,防止附近的藻类绽放饥饿的营养素。其他微生物 降解反应性氧—损伤珊瑚细胞的分子—or 帮助珊瑚捕获碳 对于能量。作为人体肠道的微生物有助于分解食物,为我们的营养和健康有所贡献,研究人员通过支持其整体健康和俯冲息肉疾病和息肉疾病,使主持人使宿主更加适应环境压力。

然而,随着海洋温度上升,珊瑚内的微生物关系开始分解。俄勒冈州州立大学的科学家发现,压力珊瑚的细菌社区通常变得不稳定,可能会导致疾病导致微生物蔓延的机会。温暖的海洋,以及海洋酸化引起的二氧化碳水平,也 扰乱微生物辅助钙化过程 这使珊瑚成为他们的结构,使他们更难以修复损坏。与此同时,强调息肉驱逐他们的 ysmbiodinium 藻类,将阳光变成息肉的食物,离开它们而没有食物来源。这使珊瑚是一种特征漂白的外观,生物学家认为作为厄运的迹象,因为漂白息肉也更容易受到疾病。 Peixoto目睹了这款令人惊叹的变换。

一个崩解的宇宙

作为一个孩子,Peixoto在巴伊亚附近的巴西珊瑚礁浮潜,被她的生动宇宙进了。在作为成年人的潜水时,她看到宇宙崩溃了。珊瑚转变为生气的骷髅;那些挂在湾和病的人。“每年都变得更糟,” she says. “你潜水,看到90%的物种死亡。”Peixoto决心做某事,可以恢复野珊瑚的东西。“我们希望在礁石中保护已经存在的多样性” she says, “确保殖民地可以生存。“

她有一个小说的起点。在2010年的2010年实验中,旨在开发用于清理巴西红树林的危险化学物质的替代品,她的团队表现出油脂药物可能会破坏石油并促进植物健康和生长。如果她能召唤浓缩的细菌增强物以保护珊瑚礁怎么办?没有人尝试过益生菌,但她有一个亨累,他们可能会起作用。

作为第一举动,Peixoto收获了来自当地珊瑚的表面的组织和海水。然后她在该混合物中测序细菌基因以发现进行促进生存的功能的物种。她在每个珊瑚礁环境中养成了培养和混合定制鸡尾酒的原生微生物。她的工作在2018年底回报,当时她和她的同事发表了一项研究表明他们量身定制的益生菌混合物 帮助珊瑚生存了 热水族箱温度和抗性疾病。

Peixoto之一’S的最新实验是由期刊审查的最新实验,似乎显示出益生菌可能用于增强珊瑚的独特机制 ’健康。她在巴西的团队中放置了20个小罐中的四个手指长度的珊瑚段,并从健康中组装了六种细菌菌株的鸡尾酒 Mussisticilia Hispida.是一个普通的南大西洋珊瑚。每隔几天他们都会删除了一些细分,将益生菌的点滴在表面上,并将它们送回坦克。接下来,他们将水温升高到罐中的一半。

结果几周后剧烈:超过三分之一的对照珊瑚已经死亡,但几乎所有治疗的珊瑚都活着。详细分析显示,益生菌似乎促进健康的多种方式。经处理的珊瑚较少表达与炎症有关的基因。他们还显示出与细胞死亡有关的基因活性较少。这意味着珊瑚“甚至可以漂白,但它’不是它们丢失组织的程度,” Peixoto says. “益生菌提供这种缓冲液。”缓冲区可以提供其他恢复措施—如来自碎片的超级珊瑚育种或产卵婴儿珊瑚—更好的工作机会。在移植前在实验室中施用的正确益生菌可能会增加珊瑚’ odds of survival.

第一个实地试验

在2020年1月20日的清晰日,佛罗里达州的科学家’S Smithsonian Marine Station将益生菌应用于海洋中的珊瑚,第一次被尝试。益生菌,他们正在发展三年,尚未发展’像Peixoto这样的广谱混合物’s。它旨在抵消特定的威胁,是佛罗里达州的一个敏锐的威胁’S礁石:石珊瑚组织损失疾病。研究员Kelly Pitts于2019年加入了2019年在诺瓦东南大学抗生素治疗后,希望将益生菌视为珊瑚健康的更自然。她将她的氧气罐和翅片脱落,并从一艘小船上解放到珊瑚礁铃声佛罗里达州’劳德代尔堡的东部海岸线。随着Pitts讲述故事的大约九米,一张明显的塑料袋,大约半米的横跨并钉在海底上,进入海底,围着像圆顶一样封闭珊瑚形成。

里面的目标是一个十多年的古老珊瑚(殖民地可以茁壮成长,甚至是几个世纪)。一些息肉仍然是一个充满活力的橙色,但其他息肉又褪色为卡其色,这是一个迹象,他们可能已经被石珊瑚组织损失疾病蹂躏。皮特斯在圆顶下蜿蜒柔性管’S边缘,然后将细菌填充的注射器连接到其末端。当她降低柱塞时,Myky白色液体在圆顶上绽放,足够厚,以模糊珊瑚。

皮特很兴奋,但焦虑。她的团队一直在坦克的益生菌几个月,但珊瑚礁完全不同。如果混合物逃过袋子怎么办?她在另一个测试月内感到同样的忧虑,当时她挤压益生菌凝胶,如从管子的牙膏,在海底上的珊瑚上完全暴露在水面上,没有袋子封装它。当粘贴尽管周围的水流时粘贴到珊瑚时,她的紧张情绪让路扬,她嘲笑她的手,水下拍手。

通过诸如酸等息肉吃的石珊瑚组织损失疾病在佛罗里达州和加勒比地区占据了超过96,000英亩的珊瑚礁。疾病—怀疑是细菌—在几周或几个月内,不受控制地蔓延,杀死大型造型。到2017年,爆发已经放大到佛罗里达保护主义者的优先列表顶部。使用快速基因测序,史密森尼海军车站研究人员确定了一种菌株 假单胞菌 细菌,在局部珊瑚上存在少量,产生海洋抗生素韩体蛋白。在水族馆测试中,浓缩剂量的益生菌在海湾保持疾病。

在实验室测试期间,研究人员将细菌从更广泛的珊瑚礁施加到一系列珊瑚,以确保它不会损害任何健康的物种。在急于获得控制下的疾病,自2018年以来,佛罗里达州的研究人员一直用抗生素如抗生素给药珊瑚—一种杀死有益细菌荒谬的激烈措施。 Pitts希望益生菌可能会绕过那个不分青红皂白伤。

2019年底,史密森尼队巩固了国家许可,需要进入海洋试验。研究人员谨慎且注意到需要开始小,但疾病正在蔓延,因此快速的局部保护主义者赞成了建议的测试运行。

在1月2020日的野外试验期间,另一个在2020年9月,Pitts和她的同事使用圆顶法和七个用糊状物处理了14个珊瑚形成。当团队在1月份审判后两周对珊瑚礁进行初步调查,疾病’在治疗珊瑚的约80%中停止了进步。他们的一些斑块的病变也开始愈合。然而,不断增长的Covid-19大流行导致科学家暂停试验。

海洋科学家Raquel Peixoto测试实验室的益生菌。
海洋科学家Raquel Peixoto测试实验室的益生菌。她计划今年在红海涂抹一颗多体细菌鸡尾酒,以帮助珊瑚抵御漂白。信用: Raquel Peixoto Kaust

意外后果

所有微生物学都是语境。改变一个浓度“beneficial”珊瑚细菌的类型可以以难以预测的方式影响微生物组中的其他关键细菌。对于珊瑚益生菌的怀疑论者,这种复杂性和不可预测性是不安的源泉。“也许这个功能暂时好,” Vega Thurber says. “但它可以很容易地切换为具有负面影响的东西。”

夏威夷海洋生物学分子生态学家Ty Roach,他已经完成了自己的益生菌实验室测试,担心不可逆地改变珊瑚微生物组或整个海洋生态系统。“The more I’彻底修补了它,我越多’m concerned,”他说。在一个未发表的研究中,他涉及约130个手指长度 豪猪 在十几个三加仑坦克的珊瑚,一些珊瑚死于疾病后,他的团队接种了它们的剂量,用剂量的原生细菌(不是像Peixoto这样的定制鸡尾酒)。第一个麻烦蟑螂注意到某些珊瑚在其表面上形成了厚的粘液片,就像它们被刺激一样。然后息肉组织的小斑点开始死,如蔓延的溃疡疮。蟑螂惊慌但并不感到惊讶。珊瑚’S天然细菌混合物包括来自的微生物 葡萄球菌 属,众所周知,众所周知的人类引起疾病。

Roach补充说,有很少的同行评审研究,描述了益生菌可能保护珊瑚宿主的确切生物机制。“We’ve能够让一些珊瑚承受一点热量,” Roach says. “这是如何不清楚的。”他奇观治疗是否会影响其他海洋生命。 “许多其他生物与礁石上的这些珊瑚直接相互作用,”他说,包括鱼类,藻类和甲壳类动物。大学德比水产生物学家迈克尔甜蜜,长期同事和Peixoto的朋友’S,支持益生菌方法,如果它们可以证明可以安全。但他也回声蟑螂’s concerns: “I don’我想成为负责将超级释放到成为下一个珊瑚疾病的环境中的人。”

应该使用益生菌治疗的频率是未知的。消化系统障碍的人类益生菌通常需要每天服用一次甚至是两次。研究人员只能猜测应用程序,例如每周或一次每周一次,足以产生弹性微生物平衡。

风险只是一个实际考虑。在这个阶段,涂上整个礁石上的鸡尾酒的成本很难计算。 Peixoto说她创造的一些混合物有很长的路要走,但是,在训练有素的潜水者应用益生菌(并假设他们拥有自己的潜水艇) 。应用程序可能会保护珊瑚免受热量损坏最多一个月。她说,在广泛的范围内,建造了用于涂抹化合物的机器人比人类潜水员更便宜。

甜的 最近报道了 通过辅助演化创建实验室生长的珊瑚—将它们移植到珊瑚礁上并监测它们—每个珊瑚殖民地的费用在49美元至227美元之间。珊瑚礁经常有 成千上万 每平方公里的殖民地。如果在移植前将益生菌添加到实验室生长的珊瑚中,则增加了成本“would be low,” Sweet says. But “如果我们需要定期重新部署益生菌,它可能成为一种昂贵的方法。 ”

然而,蟑螂和甜蜜也知道珊瑚礁在这样的危险中,节约资助者可能会在野外促进益生菌。“If there’s one thing we’ve learned,”马林生物学家Crawford Drury说,罗阿赫’夏威夷同事,就是这样“如果我们开始失去珊瑚礁,愿意做一些极端的速滑。”

事实上,大型组织正在接受这个想法。巴西的世界野生动物基金,这是融资一些Peixoto’研究,对​​技术持乐观态度’展望。在巴西,2019年的大规模珊瑚礁漂白事件“turned the key”Vinicius Nora是一家WWF巴西保护分析师的Vinicius Nora表示,探索益生菌等更新的保护选择。澳大利亚’S巨大的障碍礁基金会,致力于数十万美元的益生菌研究,也看到了Peixoto’S治疗作为强化用于移植的实验室生长珊瑚的有希望的方式。基金会官员正在与Peixoto和澳大利亚科学家合作,在未来的恢复项目中包括益生菌,如果进一步的小规模测试进展顺利。“It’s a catch-up that we’re having to do,”基金会生物学家Ove Hoegh-Guldberg说。“You’在靴子上跳起来并测试一些想法。”

激进的决定

Peixoto了解她的批评者’担心。为了帮助缓解在内的一些思想,在包括她自己的思想中,她计划今年在亚利桑那大学的700平方米的人造海洋上计划含有实验’S生物圈2.测试将更清楚地看看益生菌治疗如何影响其他海洋生活。仍然,她没有’花费很多时间第二次猜测她的课程。她承认她对那些谨慎谨慎的人感到不耐烦。她觉得使用各种手段来拯救珊瑚礁的道德义务。对于Peixoto,这意味着很快就会在海洋中部署珊瑚益生菌。“If we don’t do anything,” she says, “they will die.”

她的下一个行为将在Kaust上演,坐在沙特阿拉伯海岸的唾液,如龙虾爪卷曲进入红海。从码头来看,Peixoto可以进入她的潜水艇和电机到一个浅礁,距离浅珊瑚礁,在海底上的金色蝴蝶鱼巡航学校,在海底上的珊瑚巨石。

由于红海礁石在高温水中繁殖了多年的血液,这里限制了这里热损伤的细菌可以帮助科学家学习如何在其他地方赋予含生物珊瑚的耐热性。 Peixoto说,礁石说,“就像我的金库。我去那里得到金牌。”甚至Stalwart红海珊瑚开始表现出压力的迹象。 2020年珊瑚礁的漂白事件摧毁了珊瑚礁,专家们令人担忧更糟糕。 Peixoto正在微调融合的细菌,她希望今年申请珊瑚礁,同时仍在加速生物圈的实验2.审判将是她第一次和她的团队测试益生菌在海洋中。

一些红海礁石形成由长长的空海底分开。这将使Peixoto更容易将益生菌应用于一种形成,同时将下一个最接近的一个未被触及。“这些将是非常小的且控制良好的实验,” she says.

即便如此,测试将是一种不同的方法,而不是佛罗里达州使用的史密森队。史密森尼人’S治疗是一种单一的微生物,以治疗特定的珊瑚疾病。 Peixoto将用多个鸡尾酒剂量珊瑚,其中有一个更广泛的目标—强化珊瑚反对漂白和遵循的健康状况。如过去,Peixoto将与当地珊瑚隔离有益微生物,并将它们混合成定制浆料。她将排除任何已知患病的细菌组,并将首先对大学的坦克进行详细的风险评估,以确保鸡尾酒不会在少数环境中引起任何不利珊瑚健康影响。

如果该测试顺利进行,她将最终将她的混合应用于几个礁石地层,每种礁石形成约两平方米。微生物将通过粘附到珊瑚或附近沉积物的时间释放条带提供的微杆。几周后,Peixoto将评估治疗珊瑚的健康状况如何与控制权相比。定期支票将持续一年,并且在整个过程中,她将监测附近的鱼类和其他大型生物,如海绵,以供非预期的细菌效应。

Peixoto认识到下一个行为的幅度,但她看到她潜入的较宽的珊瑚鬼城已经加强了她在激进干预方面对错误的承诺。她是一个乐观主义者,一个创新者’对生物修复的力量的信念。她知道有些人可能会叫她仓促。然而,现在只需要Peixoto和其他人认为大胆的干预是简单的。“如果我们开发所有技术,我们仍然可以有美丽的珊瑚礁,” she says, “可以茁壮成长的恢复珊瑚礁。”没有针对性的援助,她看到了一个长期的海底黑暗时代。