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这一节内容，我要跟你聊一聊珊瑚。你可能会觉得奇怪，这不是一本植物学的书吗？为什么要讲珊瑚呢？珊瑚不管怎么说，都应该算是动物呀。
制造了珊瑚的珊瑚虫，确实是传统意义上的动物，这个认知当然没错。但是，如果你把整个珊瑚或者珊瑚礁看作一整个生命系统，那么就会发现，珊瑚与植物有着惊人的相似之处。理解了珊瑚，必然能帮助你更深刻地理解植物。而珊瑚的故事，我想从2019年11月16日的那个夜晚开始讲起。
那是月圆后的第五个晚上，海上没有风，海面的微波反射着皎洁的月光，分外迷人。在距离澳大利亚凯恩斯岛56千米的摩尔礁附近，停泊着一艘小艇。海洋生物学家斯图尔特和他的五位伙伴身上穿着黑色的潜水服，坐在甲板上静静地等待着什么。海浪温柔地拍击着船舷，女生物学家珍妮戴着泳镜和呼吸器，把头探进水里，观察着海底的动静。
突然，珍妮把头抬出水面，她的脸上显示出抑制不住的兴奋。“开始了！”珍妮小声说。其他几名队员立即行动起来，他们迅速穿戴整齐，拿好摄影器材，一个接一个地静静地下水。
此时的海水中，正在上演着一幕梦幻般的大戏：几股粉红色的迷雾，从海底缓缓地升了起来。这些迷雾时聚时散，飘忽不定。紧随其后的，是一小股白色的迷雾，然后又是一股橙色的迷雾……很快，这些色彩斑斓的迷雾就好像是一个巨大的生命体，它们在接近海面的地方汇聚到了一起，随着海流翻滚起来。
繁殖中的珊瑚虫
事实上，这些组成迷雾的小颗粒确实就是活着的东西。它们是珊瑚虫产下的卵。从每年11月的月圆之夜开始，这里的珊瑚虫们就开始酝酿这场大戏了。它们先是通过某种化学信号调整彼此的生物钟，然后会在月圆之后的第二天到第六天中的某一个晚上同时产卵。珊瑚虫对于产卵时间的控制极为精确，到目前为止，科学家还不知道珊瑚虫同步产卵时间的具体机制。科学家只知道，这是一个相当复杂的过程，除了利用海水中的化学信号来同步产卵时间以外，珊瑚虫对于光照和海水温度也非常敏感。
所以，对于斯图尔特的团队来讲，想要拍摄到珊瑚虫产卵的盛况，就只能提前到这里蹲守和等待。2019年的这一次，他们在这里等待了五个夜晚。
斯图尔特从1996年开始，就每年坚持在大堡礁地区拍摄珊瑚产卵。他在摩尔礁拍摄已经是第八个年头了。现在，四台摄影机在同时捕捉着珊瑚虫产卵的盛况。海水中的珊瑚虫卵已经不再像是迷雾，它们已经绵延成片，像一场暴风雪一样席卷着这片海域。此时的海水中，除了那些看得见的珊瑚虫的卵，还有数量更加庞大的珊瑚虫的精子。它们将在海水中完成受精的过程，最终形成珊瑚虫的幼体。
这场海水中的暴风雪并不是稀有的现象。在长达2300多千米的大堡礁沿线、日本的冲绳、中美洲的加勒比海地区，还有我国台湾岛的垦丁海滩，每年，全世界所有的珊瑚虫都会用这种集体婚礼的方式产卵繁殖。在短短20分钟时间里，仅仅斯图尔特正在观察的这片珊瑚礁，就有数以万亿计的珊瑚卵子和精子被释放出来。
2019年是最近五年以来，大堡礁地区珊瑚虫产卵数量最多的一年，斯图尔特团队欣喜地捕捉了这些画面。大堡礁地区的珊瑚，曾在1998年、2002年、2016年和2017年经历过四次非常严重的白化事件，这让接近一半的珊瑚虫死亡。通过长期的观察和拍摄，斯图尔特乐观地认为，2019年珊瑚虫的大规模产卵，应该是大堡礁地区珊瑚虫种群开始快速恢复的征兆。
那么，珊瑚为什么会发生白化呢？这件事说起来还真有点复杂。我们一般在海洋馆里看到的珊瑚虫，都是一些五颜六色的、像花儿一样的生物，它们总是摇摆着自己的触须，捕捉着海水里的浮游生物。而我们在海洋馆里看到的珊瑚标本，往往是一种颜色洁白、质地坚硬、外形漂亮的矿物。它们有的像鹿角，有的像菊花，还有的像大脑。这些精美的白色珊瑚，其实是珊瑚虫的外骨骼。你可以把白色的珊瑚理解成珊瑚虫为了保护自己而建造的外壳，除了不能背着移动以外，珊瑚的质地和功能与贝类和海螺的壳，其实是差不多的。所以，珊瑚礁之所以会变白，是因为有颜色的珊瑚虫死了，露出了下面的白色外骨骼。
但是，珊瑚虫显现出来的色彩也并不是自己天生就有的，珊瑚虫的身体其实是透明的。赋予珊瑚虫颜色的，其实是与珊瑚虫共生的虫黄藻。是虫黄藻体内的色素，让珊瑚虫显现出丰富多彩的颜色。在前文中，我们提到最多的一个词，就是共生。珊瑚虫也是一个典型的共生生命体。正是因为虫黄藻的加入，让珊瑚虫获得了光合作用和创造珊瑚礁这两项超能力。
通过内共生获得光合作用的能力，这件事情很好理解。我们在前面的几节中已经介绍了很多通过内共生来获得光合作用的例子。但是，珊瑚虫和虫黄藻的内共生，还是有些特殊的地方，值得拿出来讲讲。
首先，虽然珊瑚虫表面上看起来很像是一种动物，它们每天都伸着触须，努力地在海水里捕捉着浮游生物，但是，大多数时候，珊瑚虫只是在做做样子而已。只要分析一下珊瑚虫生长过程中消耗的能量比例，你就会惊讶地发现，大约90%的能量都来自虫黄藻的光合作用。珊瑚虫既不会移动位置，也不靠吃东西活着。它们如果离开了会光合作用的虫黄藻，就完全没有办法独立生存。如果从能量的角度来评价珊瑚虫，说它是一种植物，也并不过分。
蓝细菌造礁过程
咱们还用创业来打个比方，珊瑚虫这家公司里，有90%的效益都是虫黄藻这一位明星员工创造的。如果虫黄藻这位明星员工有一天不干了，那珊瑚虫整个公司的人就全都得饿肚子。
你会不会跟我一样感到好奇呢？在双方的共生关系中，虫黄藻通过光合作用储存了能量，而这些能量则被珊瑚虫明目张胆地掠夺，那珊瑚虫给了虫黄藻什么东西呢？答案是，珊瑚虫会把自己代谢后剩下的二氧化碳提供给虫黄藻用于光合作用。你可别小看这一点点的二氧化碳。要知道，二氧化碳的溶解度非常低，对于自然生长在海水中的虫黄藻来说，二氧化碳绝对算得上是稀缺资源了。
虽然珊瑚虫与虫黄藻的合作也算得上是互惠互利了，但是，珊瑚虫对于虫黄藻的依赖显然比虫黄藻对珊瑚虫的依赖更多一些。这是因为，珊瑚虫离开了虫黄藻就完全无法独立生存，而虫黄藻离开了珊瑚虫，虽然日子过得会比较艰苦，但却没有性命之忧。
更为严重的问题是，除了需要虫黄藻进行光合作用外，珊瑚虫很多重要的生理机能，都需要依赖虫黄藻来完成。比如，制造珊瑚礁这项超能力，就是离开了虫黄藻没办法完成的。珊瑚的主要成分是碳酸钙。但是，珊瑚虫只能代谢出二氧化碳，却不能合成碳酸钙。而虫黄藻的代谢产物中是存在钙离子的，于是，虫黄藻就把合成碳酸钙的事给包下来了。
装备了虫黄藻的珊瑚虫，就像是一台活着的碳酸钙3D打印机。它们体内的每一个虫黄藻都在一刻不停地合成着石灰石。这些石灰石，最终会被珊瑚虫用来建设自己的外骨骼。随着亿万只珊瑚虫的世代更替，这些外骨骼也逐渐变大，直到最终露出海面，变成一个个的岛屿。这简直是沧海桑田的最好例证。虫黄藻的这项本领其实并不特殊，这是很多古老的藻类早就具备的看家本领。
在地球上出现珊瑚礁之前，海底制造礁石的运动就已经进行了数亿年时间。大约在20亿年前的前寒武纪时代，我们的老朋友蓝细菌就开始造礁了。当时的蓝细菌会分泌出一些胶状的物质，大量的蓝细菌分泌出的胶状物质会黏合在一起，形成一种长长的胶带。这些胶带会把海水中的生物残骸和海底的细沙黏合起来。久而久之，就会在海底形成一座座类似宝塔的结构。
到了6亿年前，蓝细菌与一种古杯类的动物产生了共生合作，它们形成的礁石结构，就和现在的珊瑚礁非常相似了。
再过几千万年，珊瑚虫才随着其他各种奇形怪状的生物一起，在寒武纪生命大爆发中出现。再过1亿年，到了奥陶纪，珊瑚才迎来了属于自己的物种大爆发。
珊瑚的大家族之所以能够突然之间兴盛起来，原因就是，能够在大海里制造固体，是一个超级厉害的本领。如果你经常看海洋主题的科普纪录片，你一定经常能看到那些附着在贝壳上的海葵，还有附着在鲸鱼身上的藤壶。海洋里的固体表面实在是太稀缺了，即便是活着的固体表面都会被各种生物占满。而像珊瑚这样，能够自己制造大面积礁石的生物，当然就是天之骄子。
珊瑚虫和虫黄藻组成了这世界上唯一的动植物的共生系统。它们把自己打造成了海洋中的热带雨林，庇护了世界上种类最丰富的海洋物种，维系了复杂的食物链和生态圈。在全球海洋中，存在珊瑚的海域还不足0.25%，但是超过四分之一的海洋物种生活在珊瑚附近。
珊瑚对于海洋的重要性，可以说是怎么赞美都不为过的。
但是，珊瑚这个天之骄子也有着天然的弱点：珊瑚虫依赖虫黄藻，但虫黄藻却不是非得依赖珊瑚虫不可，这就让它们之间的内共生关系产生了一种天然的不稳定性。珊瑚虫与虫黄藻，特别像是企业和临时工的关系，它们随时随地都会解除双方的合作关系，也随时随地都可能达成新的合作。到底是合作还是分手，这取决于外部环境。
科学家发现，海水的温度、含盐量、光照水平、有机物含量的变化都会影响到珊瑚虫和虫黄藻的合作稳定性。除了众所周知的海水温度上升导致的珊瑚白化，科学家还在实验中发现，海水温度突然降低、光照变化或者海水中的有机物含量增多，都会导致虫黄藻与珊瑚虫分离。如果不能让虫黄藻尽快回到珊瑚虫体内，珊瑚虫就会彻底死亡。
但是，至今我们仍然还不知道，到底是珊瑚虫在危机到来时减员增效，开除了虫黄藻，还是虫黄藻对珊瑚虫老板的盘剥忍无可忍，一怒之下主动辞职的呢。
支持珊瑚虫开除了虫黄藻的科学家认为，把虫黄藻养在体内，也是要消耗大量能量的。自然环境里的虫黄藻，差不多每24个小时就会分裂一次。珊瑚虫为了避免虫黄藻在细胞内部过度繁殖，会进行养分方面的控制。珊瑚虫还能合成一种名叫绿荧光蛋白的物质，绿荧光蛋白可以吸收掉刺激虫黄藻分裂的蓝色光，从而实现控制虫黄藻繁殖的目的。在珊瑚虫体内，大约只有5%的虫黄藻会自我复制，用于替代那些衰老死亡的虫黄藻。
基于上述这些证据，科学家猜想，很可能环境的变化导致虫黄藻的光合作用效率下降，而珊瑚虫则主动把光合作用效率不高的虫黄藻排至体外，这也是一种节省能源的做法。
而另外一派的科学家则持相反的观点。他们认为虫黄藻在珊瑚虫体内是一种半寄生的关系，珊瑚虫并不能完全限制住虫黄藻的离开。珊瑚虫的身体结构很简单，它们的身体只有内外两层细胞组成。科学家观察到，刚刚开始与珊瑚虫共生的虫黄藻会先生活在外胚层当中，然后逐渐往内胚层迁移。于是，科学家尝试着给珊瑚虫遮光，看看虫黄藻的反应。结果发现，遮光之后，会有50%的虫黄藻留在光线较好的外胚层细胞里，没有进一步向内胚层细胞迁移。这些证据让一部分科学家相信，虫黄藻对于环境是有选择性的。如果外界条件比寄生在珊瑚虫体内更优越，虫黄藻就会选择离开。
现在这两种观点都有支持的证据，但依然没有定论。不过，不管实际情况是谁抛弃了谁，有一个事实是肯定的，那就是珊瑚虫和虫黄藻这对组合对于它们生长的海域环境极其敏感。即便是最轻微的环境变化，也可能会引发珊瑚系统灾难性的崩溃。
为了研究珊瑚虫到底有多敏感，科学家利用一个恒温装置，在一个星期的时间里逐渐给养珊瑚虫的鱼缸持续加温，让水温在一个星期的时间里缓缓上升1℃。无论如何，这都算得上是一个小而且缓慢的温度变化了。这样的变化几乎不会影响到任何海洋生物的生存。但是，养在鱼缸里的珊瑚虫却从第三天开始就发生了白化现象，到了实验结束的时候，珊瑚虫已经彻底变成了白色。
现在，全球变暖导致的海水水温升高是引起珊瑚白化的首要原因，这已经是一个科学共识了。根据联合国的统计，从1850年到现在，全球的平均温度大约上升了0.8℃。我们最担心的海平面升高问题还没有发生，生活在海底的珊瑚就已经开始受不了了。
虽然我们承认全球变暖是人类活动引起的，但是，从人类的视角来看，0.8℃的升温就造成了大面积的珊瑚白化，这珊瑚也未免太脆弱了吧，这种行为有点儿像跟环境赌气而自杀了。
一个在地球上存在了数亿年的物种，曾经有过辉煌的历史，它们形成的系统为何会如此脆弱，这是令科学家百思不得其解的问题。
对于这个问题，一个比较可信的解释是，人类对于珊瑚的影响，其实并不仅仅在于海水温度的变化。我们大家去沙滩玩耍，在身上涂抹防晒霜是很自然而然的事情。但是，防晒霜中最常见的一些物质，比如羟苯甲酮等化学物质，会随着海水的冲刷而溶解在海水中。这些物质会导致珊瑚虫的DNA损伤，最终导致珊瑚的白化。现在，全世界很多的海洋度假胜地，比如帕劳、夏威夷和墨西哥等地，已经开始禁止使用和销售防晒霜，就是为了保护珊瑚虫的安全。
还有，我们燃烧的矿石燃料，会让大气中的二氧化碳浓度升高。这些二氧化碳会溶解在海水中，增加海水的酸性。海水的酸化现象会阻碍珊瑚虫吸收钙元素，还会导致已经形成的珊瑚礁的软化，这也是珊瑚虫死亡的原因之一。除此之外，我们日常使用的塑料制品，在环境中会被分解为几微米到几毫米不等的微粒，我们把它叫作微塑料。这些东西一旦进入海水，就像大气中的PM2.5一样，会危及珊瑚虫的健康，同样也会造成珊瑚的白化 [1] 。
不过，上面的众多理由，可能还是不足以解释珊瑚虫为什么不会改变自己、适应环境这件事情。其实，并不是珊瑚虫无法适应环境，而是越复杂的系统，就会表现得越脆弱；并不是珊瑚虫害怕0.8℃的升温，0.8℃的升温当然也不会杀死虫黄藻，只不过，这个温度变化影响到了这个不稳定的系统，导致珊瑚虫与虫黄藻终止了合作。而珊瑚虫这家创业公司，就因为老的员工辞职走人，新的员工还没招到，青黄不接，最后只好倒闭关张了。
白化的珊瑚
现在，科学家已经发现，白化现象并非珊瑚的专利。在珊瑚礁环境中，很多生物都与虫黄藻存在着共生关系。科学家在很多种海葵、水母、海绵的体内都发现了虫黄藻，甚至在巨大的砗磲（chē qú）贝的细胞里，也有虫黄藻的身影。环境恶化的时候，这些共生生物身上的虫黄藻就会大量地出逃，这些生物也会失去身体的颜色而产生白化现象。只不过，它们并不会完全依赖虫黄藻生活，虫黄藻的离开，并不会让它们死亡。这个证据间接印证了白化现象很可能是虫黄藻主动辞职所引起的。毕竟，在不同的生物身上都发生了同样的白化现象，问题很可能就出在与它们共生的虫黄藻身上。斯图尔特团队中的海洋生物学家加雷斯·飞利浦（Gareth Phillips）就是这种观点的支持者。
斯图尔特团队除了拍摄珊瑚产卵的视频，还拍摄了很多大堡礁的海洋生态视频。他们注意到，在这几年的积极保护下，珊瑚礁的生态已经得到了不小的恢复。他们拍到了憨态可掬的海龟，拍到了鲸鲨和狮子鱼，还拍到了难得一见的巨型砗磲。这些视频被上传到社交网站上，引发了网友们对珊瑚的广泛关注。
然而，时间仅仅过去了几个月，坏消息就传来了。詹姆斯库克大学的珊瑚礁研究中心主任休斯博士，2020年3月乘坐飞机在空中第11次飞越大堡礁，他调查了1036个珊瑚礁。调查发现，比起2019年，大堡礁地区又有四分之一的珊瑚礁发生了严重白化，另外还有三分之一的珊瑚礁也出现了不同程度的白化现象。珊瑚礁种群并没有像斯图尔特估计的那样开始复苏，与他美好的愿望正相反，在2020年，大堡礁的珊瑚正在遭遇一次比以往更严重的白化死亡事件。斯图尔特的乐观预言没有实现，我们好几年的努力和付出似乎全都白费了。
珊瑚用它的美丽征服了人类，让人类愿意不计代价地保护它们，然而，人类却对珊瑚系统的崩溃毫无办法。按照珊瑚白化的速度，科学家预计，2050年之后，活的珊瑚虫很可能从地球上彻底消失。致力于保护珊瑚的海洋科学家现在不得不面对现实，重整旗鼓。也许除了保护环境，我们还需要做一些更底层的研究，彻底解开珊瑚白化之谜。
下一章，我们终于要离开海洋，登上陆地。我要带你去看看植物演化过程中表现出来的大规律。
[1] Fei T, Hya C, Xx B, et al. Microplastic pollution around remote uninhabited coral reefs of Nansha Islands, South China Sea [J].Science of The Total Environment, 725.