冷冻幼珊瑚和高功率激光如何帮助濒临灭绝的珊瑚礁

本文最初刊登在《Hakai 杂志》上，这是一本有关沿海生态系统科学和社会的在线刊物。如需阅读更多类似报道，请访问 hakaimagazine.com。

Arah Narida 俯身在显微镜前，凝视着装有头罩珊瑚的塑料培养皿。这只动物是一个卵石色的蓝白色圆盘，大约有铅笔橡皮擦的一半大小，真是一个奇迹。就在三周前，这只珊瑚还比一粒米还小，而且被冻得硬邦邦的。直到台湾国立中山大学的研究生 Narida 用激光将它解冻。现在，就在珊瑚的触手下方，她发现骨骼上有一小块凹痕，第二块珊瑚正开始在那里发芽。那个小洞证明她的头罩珊瑚已经成年，这是其他科学家从未用之前冷冻的幼虫成功做到的壮举。Narida 微笑着拍了一张照片。

“就好像你看到美国队长被埋在雪里，过了这么多年，他还活着，”她说。“太酷了！”

近 20 年来，科学家一直在冷冻保存珊瑚——将它们冷冻在低至 -196 °C 的温度下进行长期储存。他们的目标是，有朝一日能在受到白化和酸化困扰的珊瑚礁上种植从冷冻保存的样本中生长出来的珊瑚。然而，进展却异常缓慢。今年早些时候，Narida 和她的同事发表了一项研究，详细介绍了他们如何成功地从冷冻保存的幼虫中培育出成年珊瑚，这成为该领域的一个里程碑。

珊瑚冷冻保存之所以困难，部分原因是冷冻和解冻会对细胞造成严重破坏。随着科学家降低温度，珊瑚细胞中的水会变成冰，使细胞脱水、萎缩。重新加热同样需要小心谨慎：如果珊瑚加热速度太慢，融化的冰会重新冻结并撕裂细胞的外膜。结果就是一片湿漉漉的烂摊子，因为细胞内部物质会从锯齿状的孔洞中渗出——想象一下一颗冷冻草莓在解冻时变得软塌、皱缩的场景。

然而，通过反复试验，低温生物学家已经开发出帮助 Narida 培育出成年珊瑚的技术。Narida 说，为了防止冰冻损害，她首先用防冻剂清洗珊瑚。防冻剂可能有毒，但它也会渗入幼虫的细胞并排出水分，帮助珊瑚在下一步中存活下来：浸泡在液氮中。

2018 年，研究人员报告称，他们首次成功让珊瑚幼虫在冻融过程中存活下来。科学家们在防冻剂中添加了金纳米颗粒，以帮助珊瑚在重新加热时均匀升温。然而，解冻后的幼虫无法安顿下来并发育成成虫。相反，它们一直游动直至死亡。

2021 年，当 Narida 开始对珊瑚进行实验时，她在防冻剂配方中加入了黄金，并结合了几种不同的防冻化学物质，以降低溶液的毒性。为了快速解冻珊瑚并尽量减少伤害，Narida 使用了一种专为焊接珠宝而设计的高功率激光。然后，她小心翼翼地用海水冲洗掉防冻剂，使珊瑚重新水化。最终，实验中高达 11% 的幼虫在解冻后存活下来，然后定居下来，发育成成虫。

巴西南里奥格兰德联邦大学的珊瑚低温生物学家 Leandro Godoy 对幼虫在定居后存活下来的数量感到惊叹。“这是一个巨大的进步，”他说，考虑到在野生环境中，只有大约 5% 的珊瑚可以存活到这个程度。

Narida 最古老的解冻珊瑚已经存活了近 9 个月，并且仍在生长。但她还有更多工作要做。在冷冻保存中存活下来的幼虫非常脆弱，可能会出现副作用，从而减缓其发育。台湾国立东华大学的珊瑚低温生物学家、Narida 的研究合著者 Chiahsin Lin 说，它们需要在实验室中精心照料，就像手术后的重症监护室患者一样。

戈多伊解释说，现在的挑战是进一步提高珊瑚的存活率，以便利用冷冻保存的幼虫进行大规模珊瑚礁修复。

“我们仍需改进，”纳里达说。“但这已经是一个成功的故事了。”

本文最初刊登于《Hakai》杂志，并经许可在此转载。