Alvin 操縱器將 SOLARIS 移動到 Paragorgia arborea 群落的表面。圖片來源：伍茲霍爾海洋研究所

就像我們一樣，珊瑚吸入氧氣并吃有機碳。就像我們一樣，作為在體內轉換能量和氧氣的副產品，珊瑚會產生活性氧（ROS），這是細胞在細胞分裂過程中自然產生的化合物家族，同時抵抗病原體，并執(zhí)行其他生理功能。

但直到現(xiàn)在，還不知道健康的深海珊瑚是否會產生一種特殊類型的ROS，稱為超氧化物（O2•-).超氧化物是一種高反應性 ROS，以影響海洋生態(tài)學、生物體生理學和驅動海洋中的化學反應而聞名，包括碳的分解以及金屬和營養(yǎng)物質的生物利用度。

發(fā)表在PNAS Nexus上的一項研究揭示了深海珊瑚和海綿確實會產生ROS超氧化物，這意味著這些化學物質對深海中的海洋生物和化學產生了一系列以前未知的影響。作者證明，ROS不僅是一種應激反應，而且是其功能的基本組成部分。

在這項研究中，作者通過將一種名為SOLARIS的深�；瘜W發(fā)光傳感器帶入Alvin潛水器上2000多米深的海洋中，直接測量了珊瑚周圍水中的超氧化物。

“這是這種化學物質在深海中的測量，”伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）海洋化學和地球化學科學家、該研究的作者Colleen Hansel說。

探測海洋中的超氧化物是一項獨特的具有挑戰(zhàn)性的任務，需要從化學到物理學再到工程學的協(xié)作專業(yè)知識。作為一種高反應性化合物，超氧化物在水中只能持續(xù)幾秒鐘。WHOI工程師Jason Kapit是該論文的合著者，William Pardis以及Hansel和副科學家Scott Wankel開發(fā)了SOLARIS系統(tǒng)，作為一種機器人控制的儀器，能夠在珊瑚表面吸入水。

水進入檢測棒并在腔室內混合，在那里與超氧化物發(fā)生化學反應會產生可以實時測量的光。在這次探險中，魔杖的運動由阿爾文的機械臂控制，卡皮特和漢塞爾是三人小組的一部分，潛入阿爾文體內。

“這個項目的一個奇妙方面是，它以WHOI特殊方式將科學和工程結合在一起，”Kapit說。

2019 年 10 月，SOLARIS 在加利福尼亞州海岸附近的蒙特利灣國家海洋保護區(qū)進行了潛水，在那里他們發(fā)現(xiàn)了生活在受保護的海洋環(huán)境中的大型健康珊瑚。這有助于消除超氧化物僅作為應激反應產生的可能性。

根據Hansel的說法，他們測量的珊瑚正在用一種叫做NOX的酶產生超氧化物，這種酶在細胞外將氧氣轉化為超氧化物，這意味著它可能是它們正常生命功能的基本組成部分 - 無論是生長，還是可能產生它來擊暈獵物。他們研究中的深海珊瑚沒有像淺珊瑚那樣的藻類共生體 - 已知這些共生體會產生細胞外ROS，并且長期以來一直被認為是起源于共生藻類。

這些發(fā)現(xiàn)排除了藻類作為超氧化物的來源，而是表明珊瑚動物本身或其細菌共生體是來源。如果沒有進一步的研究，作者不能完全排除細菌可能在ROS的產生中發(fā)揮作用，但作者認為這不太可能，因為這里研究的珊瑚中存在NOX。

WHOI 科學家 Colleen Hansel 在 HOV Alvin 內部。圖片來源：伍茲霍爾海洋研究所）

“特別是在過去十年中，有許多研究開始確定細胞外ROS的產生，如超氧化物，如何對生物體產生有益的方面，”海洋化學與地球化學聯(lián)合項目學生Lina Taenzer說，該研究的主要作者，她于2019年加入WHOI的Hansel實驗室。她還潛入Alvin，用SOLARIS測量超氧化物。

“令人著迷的是，珊瑚可以調節(jié)ROS，以便向其他細胞發(fā)出信號，并改變它們的功能和對環(huán)境的反應，”Taenzer說�！熬图毎�防御機制而言，這也很有趣。例如，如果生物體受到病原體的入侵，它們可能會產生強烈的氧化爆發(fā)。這是一種保護自己的化學戰(zhàn)。另一方面，超氧化物的過量產生會對動物產生不利影響，并會降解體內蛋白質并分解DNA。

物種多樣性也很重要。在阿爾文潛水期間，Taenzer偶然測量了各種物種，包括海綿和海星。

“有一個探索的方面，我們使用了一種以前從未使用過的新儀器，這讓它非常令人興奮和欣慰，”Taenzer說。

雖然我們對深海珊瑚的功能和對環(huán)境的反應還有很多不了解，但這項研究有助于闡明珊瑚健康和活動的基本控制。科學家了解和分享的越多，他們就越能準確地預測珊瑚生態(tài)系統(tǒng)將如何應對海洋變暖和氣候變化。

“如果我們不了解珊瑚目前在基線條件下的功能，就很難模擬珊瑚將如何應對不斷變化的海洋條件，”漢塞爾說�！拔覀冃枰�了解健康的珊瑚是什么樣子的，生病的珊瑚是什么樣子的，以及控制這些生物的健康和生理機能的一些因素是什么。

長期目標是使用SOLARIS測量世界其他地區(qū)的珊瑚、深海海綿和其他產生ROS的生物，以便更了解海洋生物如何影響海洋化學。

“在深海中發(fā)現(xiàn)這些高活性化合物也可能影響碳循環(huán)、金屬循環(huán)和微生物生態(tài)學，僅舉幾例。在這一點上，這是一個完全未知的，但在更廣泛的范圍內思考是令人興奮的，“漢塞爾說。