麻省理工学院（MIT）与伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的研究人员发现了一些微生物，它们可能有助于保护珊瑚免受某些营养失衡的影响。
这些微生物具有黏液状生物膜，能够从珊瑚周围环境中吸收并“清除”氮。
通过吸收过量的氮，这些微生物可能会阻止藻类竞争，从而保护其所栖居的珊瑚。
珊瑚经过数千年的进化，能够在营养物质稀少的水域中生存，甚至生长繁茂。在健康的珊瑚礁中，海水通常极为清澈，主要是因为珊瑚已找到充分利用周围少量资源的方法。这些条件的任何变化都可能打破珊瑚健康的平衡。
如今，麻省理工学院（MIT）与伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的研究人员与古巴的海洋学家和海洋生物学家合作，发现了一些珊瑚物种黏液状生物膜中栖居的微生物，它们可能有助于保护珊瑚免受某些营养失衡的影响。
研究团队发现，这些微生物能够从珊瑚周围环境中吸收并“清除”氮。在低浓度下，氮可以是珊瑚的必需营养素，为其生长提供能量。但氮过量（例如来自富含氮的肥料渗入海洋）可能引发藻类大量繁殖。藻类可能与珊瑚争夺资源，使珊瑚礁承受压力并失去色彩而白化。
通过吸收过量的氮，这些新发现的微生物可能会阻止藻类竞争，从而充当其所栖居珊瑚的微小保护者。全球各地的珊瑚正因全球变暖而广泛承受压力并出现白化，但似乎有些物种已找到方法，保护自己免受其他与氮相关的压力来源的影响。
“在与珊瑚共生的这些生物中，有一个值得注意的方面：珊瑚能够以一种天然方式应对人为影响，至少在氮的可用性方面是如此，这是一件非常好的事情，”麻省理工学院地球、大气与行星科学系多尔蒂海洋资源利用助理教授安德鲁·巴宾（Andrew Babbin）说道。“这可能是珊瑚礁能够保护自己的一种非常天然的方式，至少在一定程度上是如此。”
巴宾及其同事，包括麻省理工学院的研究生迪安娜·杜米特（Diana Dumit）、泰勒·塔马西（Tyler Tamasi）、劳拉·韦伯（Laura Weber）和萨拉·施瓦茨（Sarah Schwartz），已发表了他们的研究发现，刊登于《ISME期刊》。
类死区模拟
巴宾的团队研究海洋中的生物群落如何循环氮，氮是生命的关键元素。海洋中的氮可以多种形式存在，例如氨、亚硝酸盐和硝酸盐。巴宾尤其关注氮在缺氧环境中如何循环或被吸收——这些低氧区域也被称为“死区”，那里鲜有鱼类，但微生物生命却能繁盛。
“缺氧到无法维持鱼类生存的地方，正是细菌开始发生不同变化的地方，这对我们来说非常令人兴奋，”巴宾说。“例如，它们可能开始消耗硝酸盐，这进而会影响水体特定区域的生产力。”
死区并非海洋中细菌表现出食氮行为的唯一缺氧区域。在较小尺度上也可以发现低氧环境，例如生物膜内部——生物膜是一层富含微生物的黏液，覆盖着从沉船船体到珊瑚礁等各种海洋表面。
“我们体内也有生物膜，使不同的厌氧过程得以发生，”巴宾指出。“珊瑚也是如此，它们能够分泌大量黏液，这些黏液起到了阻挡氧气的屏障作用。”
尽管珊瑚靠近水面，并且能够接触到氧气，巴宾仍想知道珊瑚黏液是否会促进“缺氧微区”的形成，即氧气浓度较低且集中的区域，而消耗硝酸盐的细菌可能在那里繁盛。
他向伍兹霍尔海洋研究所的海洋微生物学家艾米·阿普里尔（Amy Apprill）提出了这一想法。2017年，研究人员随一支科研团队启程前往古巴，阿普里尔曾计划在受保护的国家公园“皇后花园”（Jardines de la Reina，意为“王后花园”）开展珊瑚研究。
“这一受保护区域是加勒比地区健康珊瑚的最后避难所之一，”巴宾说。“我们希望研究这些受影响较小的区域之一，以获得与珊瑚本身相关的氮循环动态的基线数据，这将使我们能够了解人为扰动会对该系统产生何种影响。”
采集样本以寻找清除者
在考察珊瑚礁的过程中，科学家们从该地区数量较多的珊瑚物种中采集了少量样本。在船上，他们将每个珊瑚样本置于其自身的海水中培养，并加入一种氮示踪剂——这是一种比海水中天然存在的分子略微偏重的版本。
他们将样本带回剑桥，并使用质谱仪进行分析，以测量氮分子的平衡随时间的变化情况。根据样本中被消耗或产生的分子类型，研究人员可以估算氮被还原并实际发生反硝化的速率，或通过其他代谢过程增加的速率。
在几乎每个珊瑚样本中，他们观察到反硝化速率高于大多数其他过程；这表明珊瑚本身可能存在某种吸收该分子的物质。
研究人员擦拭了每个珊瑚的表面，并将黏液状样本在培养皿中培养，随后检测其中已知能够代谢氮的特定细菌。该分析揭示了多种能够清除氮的细菌，它们存在于大多数珊瑚样本中。
“我们的结果表明，这些与珊瑚共生的生物具有清理局部环境的能力，”巴宾说。“有些珊瑚物种，例如这种脑珊瑚Diploria，其氮循环速度极快，而且即便在人为变化的影响下也相当耐受，而Acropora在整个加勒比地区状况堪忧，其氮循环活动却非常微弱。”
氮清除微生物是否直接促进珊瑚的健康，目前仍不明确。该团队的研究结果是此类关联的首个证据。展望未来，巴宾计划探索海洋的其他区域，例如热带太平洋，以确定其他珊瑚上是否存在类似微生物，以及这些细菌在多大程度上有助于保护其宿主。他推测，它们的作用与我们自身系统中的微生物相似。
“我们越是研究人类微生物组，就越意识到与我们共生的生物确实影响着我们的健康，”巴宾说。“珊瑚礁也完全如此。正是珊瑚微生物组决定了珊瑚系统的健康状况。而我们正在努力揭示，珊瑚系统内的这一微生物网络中究竟包含哪些代谢过程。”
本研究部分得到了麻省理工学院海洋资助计划（MIT Sea Grant）、西蒙斯基金会（Simons Foundation）、麻省理工学院的Montrym、Ferry和mTerra基金，以及Bruce Heflinger（1969年本科、1971年硕士、1980年博士）的资助。
