港大海洋生物学家揭开海胆对抗海洋热浪的秘技 - 海洋生物生态学研究

母体抗热性遗传对海胆后代于海洋热浪中的生存极为重要。图中显示于显微镜下的Heliocidaris幼体。（相片来源：Maria Byrne博士）

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(原新闻稿已于8月4日发布)

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海胆有着不可或缺的经济及生态价值。近年来由人类活动引致的富营养化（即氮、磷等植物营养物质含量过多所引致的水质污染现象）和海洋热浪令藻类快速滋生，对珊瑚礁和海藻林等重要栖息地构成威胁。海胆以藻类为食物可防止海藻过量生长，维持底栖海洋生态系统的结构和功能，避免海洋生物多样性单一化。

海胆对维持海洋生态系统的功能担当着重要角色，然而气候变化令海洋热浪的出现更为频繁，威胁海胆族群的生存。图中为澳洲悉尼的海胆族群。（图片来源：Maria Byrne博士）

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全球暖化令海洋温度持续上升，由极端高温引发的海洋热浪或于夏季维持数月，并令其温度比正常高出近5°C，为海洋生物及其生态系统带来沉重负担。因此，在全球暖化影响下，海胆的存活与否，对维护各海洋生态系统的功能至关重要。

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由香港大学（港大）生物科学学院及太古海洋科学研究所Bayden D. RUSSELL博士带领的研究团队与澳洲悉尼大学海洋研究所的Maria BYRNE博士合作，透过模拟海洋热浪的实验，评估成年海胆 （Heliocidaris erythrogramma）能否把抗高温的保护机制传承给下一代。结果发现，暴露于海洋热浪下的海胆能生产成长速度较快及体型更大的下一代，而这些后代的抗热能力也相对较优，可以在炎热的环境下存活。然而，若热浪持续，海胆后代在成长及发展过程中的死亡率亦会上升。这项研究成果已于国际著名生态学期刊《全球变化生物学》（Global Change Biology）上发表。

研究发现，海胆的耐热极限不但直接影响其族群的生理适应及在极端高温下的存活能力，同时亦对其后代的抗热性遗传发挥重要作用。面对热压力时，某些海胆物种能将其自身的抗热保护机制遗传给下一代，并以此作为对抗热压力的防卫手段，保障其后代能在同样的环境中生存。然而，这些抗热性遗传在幼年海胆的成长及发展过程中能否持续，却存在极大差异。研究结果进一步指出，海胆于不同生命周期的抗热能力不一，以至后代对抗热压力的生理反应或与母体相异。

于海洋热浪摸拟实验中，成年海胆被放置在不同强度的海洋热浪下并诱发产卵。这些海胆的后代继而被饲养于不同温度之中，用作评估由母体遗传的抗热能力对其发展的影响。实验结果显示，暴露于海洋热浪下的海胆能生产成长速度较快及体型更大的下一代，而这些后代的抗热能力也相对较优。然而，若热浪持续，海胆后代的死亡率亦会上升。

作为本研究的第一作者，港大生物科学学院及太古海洋科学研究所博士后研究员Dr Jay MINUTI指出：「若于海胆产卵期间出现海洋热浪，其后代或能遗传母体的抗热能力，即便身处于构成热压力的高温中，海胆幼体的整体存活率亦能因此而有所提升。然而，若海洋热浪于幼体的成长过程中维持，短期的抗热生理反应或会引致死亡率上升，并对下一代的生存构成负面影响。」海洋热浪等极端事件在气候变化的影响下将变得更为频繁和严重，若海洋温度不能于短期内回复正常水平，本来有利于后代适应的母体抗热性遗传，将不能继续让海胆幼体于海洋热浪中存活。

Bayden Russell博士亦指出：「本研究清楚显示，海胆能协助其后代于海洋热浪的极端高温中存活，对维持海洋生态系统的功能担当重要的角色。然而，要减低热浪的出现，唯一有效的方法为减少碳排放以缓和气候变化带来的影响。海洋生态对人类社会有重大价值，若全球暖化持续，海洋热浪将对这些生态系统构成不可逆转的伤害。」

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于悉尼大学海洋研究所，使用模式生物Heliocidaris研究气候变化对海洋生物之影响的Maria BYRNE博士表示：「本研究使用的海胆 Heliocidaris erythrogramma 为澳洲的原生物种，对沿岸生境有重要的生态价值。此物种的生长过程迅速，使其于自然环境中获得生存优势，亦有利于跨代遗传研究，从而提高我们对气候变化与海洋生物适应性的认知。」

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大部份Heliocidaris属的海胆品种于全球，包括香港在内，都有着重要的生态及经济价值。本研究首次发现母体抗热性遗传对海胆族群于海洋热浪下的延续尤为重要，帮助其后代于气候变化的极端高温中适应生存。

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参阅论文： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.16339

图片下载及说明: https://www.scifac.hku.hk/press

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