珊瑚礁是海洋生物多样性最丰富的生态系统之一，海洋保护区能为各种海洋生物提供安全的栖息地。从全球范围看，海洋保护区都是保护珊瑚礁等海洋生态系统最有效的手段之一。上图是潜水所摄珊瑚礁。图源：卡塔尔气候与环境部｜供图：王敏幹（John MK Wong）
珊瑚礁是海洋中生物多样性最丰富的生态系统之一，为海洋生物提供了丰富的生态效益，并且对人类社会有着重要的经济意义，它们保护海岸线免受风暴侵袭，为旅游业和渔业带来可观的收入，还为药物研发提供了宝贵的资源。然而，由于气候变化等因素的影响，珊瑚礁生态系统正面临前所未有的危机。在过去十年间，全球超过13.5%的石珊瑚覆盖面积丧失，珊瑚白化现象也愈发频繁和广泛。因此，监测珊瑚礁生态系统健康变得日益重要。

传统的珊瑚礁监测方法主要依靠潜水员进行的视觉调查，这种方法劳动强度大，且无法提供关于珊瑚礁衰退源头的诊断信息。相比之下，珊瑚礁水域微生物能够提供关于珊瑚礁环境和珊瑚礁生物的信息，其独特生长特性使得微生物群落的变化可以反映环境变化，如氧气、营养物质或pH值的变化，并且微生物监测能够在更短的时间尺度上反映变化，这对于及时采取行动保护珊瑚礁至关重要。

珊瑚礁水域微生物包括细菌和古菌等，它们数量众多，生长迅速，能够快速响应周围环境的变化。特定的微生物代表了特定的环境条件或水团。此外，微生物在海洋生态系统中扮演着关键角色，它们参与营养物质的循环和能量的转化，对于维持珊瑚礁生态系统的平衡也至关重要。因此，将微生物作为诊断指标来监测珊瑚礁生态系统健康具有重要的意义。

在伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）和乔治梅森大学科学家们最近开展的一项研究中，研究人员主张利用这些微生物作为珊瑚礁监测和保护的有力工具。珊瑚礁水域微生物的采样方法多种多样，根据不同的监测目的和条件可以选择合适的方法。在珊瑚礁表面，可以通过将消毒过的容器浸入水面下收集水样；而在深度较大的地方，则需要使用特殊的采样工具。不同的分析方法所需的水样体积也不同，例如微生物细胞计数需要的水样量较少，而基于分子基因标记的方法（如16S rRNA基因）通常需要60毫升至2升的水样，而全基因组分析方法则需要2至10升的水样。

**在采样地点的选择方面，**微生物动态可能在不同的水柱深度上有所不同。在浅水珊瑚礁中，微生物的丰度和组成在表层和底层之间相似，这反映了这些地点的水柱混合良好。因此，建议在初始调查珊瑚礁水域微生物时，同时采集表层和底层的样本，因为它们可以反映不同的珊瑚礁、陆地或水动力过程。此外，珊瑚和藻类周围的微生物群落与远离这些生物的微生物群落有显著差异，这种差异是由大型生物的代谢或排泄物引起的，也可以反映大型生物的健康状况。因此，如果监测的目的是为了获取更广泛的珊瑚礁诊断信息，那么在生物体附近采样可能不是最佳选择。但如果是为了识别特定珊瑚礁生物的健康问题，如疾病监测，则靠近生物体的采样将非常有用。

**利用微生物评估珊瑚礁生态系统健康的方法多种多样，**通过计数微生物细胞可以直接了解水样中微生物的数量，从而提供关于环境中微生物负荷的直接和准确的图像。此外，通过对珊瑚礁海水微生物的DNA标记基因（如16S小亚基核糖体RNA基因或16S rRNA基因）进行测序分析，可以获得关于珊瑚礁海水微生物的多样性数据，这些数据对于评估珊瑚礁健康和海洋条件非常有用。与此同时，检测特定的指示微生物物种或信息丰富的标记基因也可以提供关于珊瑚礁或环境条件的信息。

研究人员表示，整合不同来源的数据参数，能够提供关于海洋和珊瑚礁健康状况的更为全面且深入的信息。随着珊瑚礁海水微生物数据库的增长，可以实施机器学习方法，最终，从全球数据中学习到的模式可以用来开发一个珊瑚礁海水微生物健康指数，这个健康指数将有助于提供一个简单的、易于传达的数字，这个数字可以被非微生物学家理解和使用，并且可以被珊瑚礁利益相关者和政策制定者用来做出更合适的关于珊瑚礁保护和恢复活动的决策。

**研究指出，**除了标准化的采样、处理和分析外，数据共享将是具有挑战性的任务，需要在地方、国家和国际各级利益相关者之间进行协调。其中，一些现有的网络或许可以用来简化这一过程。例如，国际珊瑚礁倡议（ICRI）是一个可以利用的数据收集和共享框架，通过组织国际会议和发布报告，促进各国之间的合作。ICRI与全球珊瑚礁监测网络（GCRMN）联合出版了多份《全球珊瑚礁状况报告》，这些报告为珊瑚礁保护提供了科学依据。

“我们认为这些微生物可以增强我们对珊瑚礁生态系统的了解，并提升决策框架的水平。”研究人员表示，“通过倾听珊瑚礁水域最微小的声音，我们可以更好地保护海洋中一些最重要的生态系统。”

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编译 | Sara
审核 | YJ
排版 | 绿叶

参考资料略

来源: 海洋与湿地