五彩斑斓的珊瑚是海洋中美丽的风景线，也是海洋环境的风向标。当海洋环境发生变化，珊瑚的生存环境受到威胁时，彩色就会转为枯骨般的白色。

这就是珊瑚白化现象。

正常珊瑚（左）和白化珊瑚（右） | 参考文献[1]

珊瑚为什么会白化？

珊瑚为什么会白化？

为了解答这个问题，先要了解珊瑚颜色的本质。它们看上去像是海底的植物，实际上是由腔肠动物珊瑚虫构成的集合体。新的珊瑚虫在先辈们的遗骨堆上生长，分泌出碳酸钙作为外壳；长大了之后不断繁殖，珊瑚的枝丫也就越来越茂盛。

因此，珊瑚体本身呈碳酸钙的白色。而我们看到的珊瑚色彩，来自寄生在珊瑚身上的共生藻类。这些藻类可以进行光合作用，为珊瑚提供养分。

多彩的珊瑚 | Wikipedia，Richard Ling / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

当海洋环境变化，比如海水温度上升，或者养分缺乏，就有可能破坏珊瑚和藻类的共生关系。藻类离开珊瑚体，珊瑚也失去了藻类带有的色素。原本可以被共生藻色素吸收的光，照射到珊瑚本体上，都被反向散射出去，因此使珊瑚呈现出枯骨般惨白的颜色，形成了白化。

如果白化的珊瑚不能尽快修复与共生藻类的关系，就会失去养分来源，最终走向死亡。

但是，2020年5月发表在《当代生物学》上的一项研究中，来自英国南安普顿大学的埃琳娜·博拉蒂（Elena Bollati）团队发现了一个神奇的现象：一些因生存环境恶劣而白化的珊瑚，竟然呈现也了斑斓的色彩。

2010~2019年期间，全球多地发现了具有丰富色彩的白化珊瑚 | 参考文献[3]

不是白化吗？怎么又变色了？

在损失了藻类的情况下，珊瑚上斑斓的色彩似乎只剩一个来源——珊瑚本体。可是，原本是白色的珊瑚怎样才能产生五彩斑斓的颜色呢？

科学家们做了一个假设：随着温度升高，珊瑚上共生藻类减少，原本能被藻类色素吸收的光，照射到了珊瑚的外壳上。为了避免被大量的光灼伤，珊瑚会产生荧光蛋白和色素蛋白，用于产生色素，吸收部分光线。这些色素最终让珊瑚展现出缤纷的色彩。就好比我们在太阳底下晒久了，为了防止晒伤，会产生黑色素吸收紫外线，于是就晒黑了。

一些呈现彩色的白化珊瑚 | 参考文献[3]

为了证明这个假设，科学家们利用聚焦的红光（这个波长只会诱发珊瑚白化，不会使其产生绿色荧光蛋白）促使地衣微孔珊瑚（Porites lichen）白化，之后分别照射低能量的绿光和高能量的蓝光，观察有没有色素生成。

在照射红光前，健康珊瑚没有呈现荧光色，也就是说没有产生色素：

珊瑚的色素水平变化过程：白化第0天 | 参考文献[3]

照射红光11天后，可以明显看到珊瑚颜色褪去，发生了白化。

珊瑚的色素水平变化过程：白化第11天 | 参考文献[3]

接下来，科学家使白化了的珊瑚，分别暴露在绿光和蓝光中。29天后，绿光照射后的珊瑚没有明显变化，但是能量更高的蓝光照射后，白化的珊瑚呈现出了明显的荧光色。

珊瑚的色素水平变化过程：白化第29天 | 参考文献[3]

这说明，白化的珊瑚在高能量的光射下，确实会发动自身“潜能”，自己给自己加点颜色。

除了温度升高，其他生成压力导致的珊瑚白化，会不会也进一步让珊瑚产生色素，最后变色呢？

科学家将珊瑚分为两组，让它们都生活在适宜的水温中，其中一组能获得充分食物，而另一组将要忍受饥饿。按照预想，养分不足的珊瑚出现了因藻体离开导致的白化现象。6周后，白化了的珊瑚产生了荧光色素。

也就是说，无论导致白化的原因是什么，随白化而来的高能量阳光照射，才是珊瑚变色的原因。

在营养充足和营养不平衡的情况下，珊瑚发生的颜色变化 | 参考文献[3]

变色，为了保命

变色对珊瑚有什么好处？

澳大利亚大堡珊瑚大量变白背后的真相

想必很多人都听说过因为气候变暖使得澳大利亚大堡礁的珊瑚大量变白与死亡的新闻。随着珊瑚的死亡，鱼类的栖息地被破坏，因此大量的鱼类开始迁徙。 但是根据对大堡礁的最新研究表明，不是珊瑚死亡，导致的鱼类逃离珊瑚栖息地，而是因为水温变暖让鱼类难以忍受

科学家们发现一个有意思的现象：巴拿马的孔珊瑚白化事件中，白化后又呈现鲜艳蓝绿色的珊瑚，存活率相当高。

于是，他们推测，“变成彩色”或许是珊瑚的一种自我保护。

健康珊瑚表面有共生的藻类，可以吸收绝大部分太阳直射光，内部的蓝光通量很低，不足以积累色素，所以珊瑚的表层细胞不需要光保护色素，为白色。

叶形表孔珊瑚的健康状态，棕色圆圈代表共生藻类 | 参考文献[3]

白化后，珊瑚失去了共生藻类的保护，强光直射在珊瑚体表，产生了高强度的散射光和反射光，增强的蓝光迫使珊瑚自身产生了大量的色素保护自己，这些色素给珊瑚重新带来了斑斓的色彩。

叶形表孔珊瑚从白化状态（左）到彩色状态（右） | 参考文献[3]

一方面，色素降低了强光的反射和散射，另一方面，珊瑚内部光通量减少，又正好再次适宜共生藻居住，藻类得以慢慢回到珊瑚中，重新建立起共生关系，给珊瑚提供营养，还会吸收蓝光。因此珊瑚不用再产生色素保护自己，又变回了最初朴素的样子。

叶形表孔珊瑚恢复后的状态 | 参考文献[3]

在这样一圈巧妙的光反馈回路下，珊瑚变色是它们对极端环境做出的应激反应，使自己能更好地适应变化的环境，努力度过生存的难关。

孔珊瑚（A）和鹿角珊瑚（D）的白化-变色经历 | 参考文献[3]

但并不是所有变成彩色的珊瑚都能成功度过危机，如果海洋环境持续恶化，海洋温度持续上升，这些珊瑚长期不能恢复和藻类的共生关系，最终还是会因为营养不足而死亡。

在人类看来，珊瑚变成彩色，恢复了鲜艳美丽的模样，但对珊瑚来说，更像是用尽力量面对生存危机，做着最后的抵抗啊……

猜猜看，珊瑚礁大概养育了多少海洋生物？

A.5%

C.50%

B.25%

D.75%

点击空白处查看答案

B 25%。珊瑚礁的面积不到全球海洋0.2%，却养育了海洋中约四分之一的生物。

作者名片

作者：李珩

编辑：悲催的铊宝宝 范可鑫

排版：雷颖

题图来源：参考文献[3]

参考文献：

[1]https://en.m.wikipedia.org/wiki/Coral_bleaching

[2]https://www.iflscience.com/environment/sometimes-stressed-corals-become-even-more-colorful/

[3]Bollati et al., Optical Feedback Loop Involving Dinoflagellate Symbiont and Scleractinian Host Drives Colorful Coral Bleaching, Current Biology (2020),https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.055

本文版权属于“我是科学家”，未经授权不得转载。如需转载请联系iscientist@guokr.com