海洋生物为海洋植物和藻类授粉，震惊科学家

这张彩色共聚焦显微镜图像展示的是，一个等足目动物的身体覆盖在红藻类（江蓠）的生殖细胞上。新研究表明，这些动物在藻类的精子周围传播，有效地为它们授粉。摄影：SEBASTIEN COLIN / MAX PLANCK INSTITUTE FOR BIOLOGY / ROSCOFF BIOLOGICAL STATION / CNRS / SU

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撰文：LINA ZELDOVICH

大约十年前，墨西哥国立自治大学研究海洋蠕虫的海洋生物学家Vivianne Solis-Weiss与一位研究海草的同事交谈。海草是一种在海洋中生长的开花植物。

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“每次我们采集花朵的时候，都能看到这些小动物，”她的同事说。他们都想知道为什么这些小蠕虫和小虾类甲壳动物会聚集在那里。它们会不会是在给植物授粉？会不会是一种类似蜜蜂和蝴蝶的海洋生物?

Solis-Weiss和她的同事假设，这些生物可能确实在海洋授粉中发挥了作用，并在一项研究中概述了他们的想法，该研究于2012年发表在Inter-Research Science Publisher期刊上。

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一只等足类动物爬上一小片红藻类植物，已有证据表明它可以授粉。摄影：WILFRIED THOMAS / ROSCOFF BIOLOGICAL STATION / SU / CNRS

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“第一篇论文很难发表，因为没有人会相信我们，”她回忆道。

传粉者在地球上的作用是众所周知的。成千上万的开花物种依靠动物和昆虫繁殖。植物提供花蜜或食物，传粉者促进植物的有性繁殖。但直到最近，它还被认为是一种只存在于陆地上的现象，在海洋中不存在。

法国索邦大学罗斯科夫海洋站的海洋生物学家Emma Lavaut说:“有一种观点认为，在海洋环境中，所有的受精都是通过水的运动完成的。”Lavaut研究的是一种生长在沿海岩池中的海藻，通常被称为红藻。事实上，许多雄性和雌性海洋生物会将它们的卵子和精子释放到水中，让水流混合并使它们受精。

然而，在过去的几年里，新的证据表明，海洋有自己的传粉者。这些生物好比“海里的蜜蜂”，可能比我们想象的更常见。随着科学家对它们的共生关系了解得越来越多，人们对所有相关生物——藻类、植物、昆虫和甲壳类动物——进化的看法也随之改变，也凸显了这些互利关系的复杂性。

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草和海藻之谜

为了证明他们的假设， Solis-Weiss的团队在海岸和水族馆建立了Thalassia testudinum（俗称鳖草）的研究田，用照片和视频捕捉授粉过程。每到日落时分，当T. testudinum的雄性花朵开放时，蠕虫和其他无脊椎动物就会成群结队地聚集在其中，并将自己覆盖在花粉里。

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“我们做了实验，证明它们会去雄性花朵中觅食，将花粉粘在它们身上，然后去雌性花朵中，再把花粉留在那里，” Solis-Weiss说。2016年，该团队在《自然》杂志上发表了这些发现，以及海洋蠕虫被花粉覆盖的图片，这是有史以来第一个证明海洋中授粉的研究。

Lavaut在撰写关于G. gracilis这种海洋植物的生殖奥秘的博士论文时，也观察到了类似的现象。雌性藻类不像其他海洋生物那样把卵喷到波浪中，而是把它们保存在被称为叶状体的漏斗状细丝中。雄性藻类释放精子，但这些小细胞没有尾巴可以游到雌虫身边并进入细丝内部。

这种看似不利的情况并不影响海藻的繁殖成功：红藻所属的类群大约在10亿年前就进化出来了。拉沃和她的顾问、法国国家科学研究中心的人口遗传学家Myriam Valero想要了解这些生物是如何繁殖的。

多年来，瓦莱罗对欧洲各地潮汐池中的藻类进行了研究，他注意到大多数受精都发生在低潮时，那时几乎没有水。当时，一群被称为Idotea balthica的小等足类动物在藻类中游动。Idotea balthica是一种甲壳类动物，看起来像是虾，又有点像虫。瓦莱罗和她的团队想知道，它们是否会将自己身体上的精子运送出去。

为了验证这一想法，研究小组使用了从未受精过的G. gracilis，它没有任何被称为囊果的生殖结构。科学家们将雄性和雌性G. gracilis放置在多个水族箱中，在其中一些水族箱中添加了20种甲壳类动物，其他一些作为对照组不添加。当囊果发育时，有甲壳类动物水族箱的囊果数量是没有甲壳类动物的20倍。

Lavaut说:“我对有更多植物受精这一事实感到很惊讶。”研究小组还收集了一些甲壳类动物，它们在水箱中与雄藻一起游动了一段时间，然后将它们释放到有处女雌藻一起的水箱中，这也增加了囊果的数量。在显微镜下，这些等足类动物就像Solis-Weiss研究中的海洋蠕虫一样布满了微小的精子斑点。Lavaut的研究小组于7月28日在《科学》杂志上报告了他们的发现。

在这种情况下，两种生物互相帮助。藻类为等足类动物提供庇护，但同时也以藻类生物膜的形式为其提供食物，也有助于红藻进行光合作用。

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“如果有太多生物膜生长，红藻就会开始死亡，”Lavaut说——而等足类动物有助于保持它的清洁。

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古老的根源

然而，尽管两个研究小组描述的现象看似相似，但进化生物学家和授粉生态学家指出，这两个研究有很大的不同。

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海藻和海草听起来可能很相似，但它们是两种非常不同的生物，有着不同的进化轨迹。中国科学院昆明植物研究所研究授粉的生态学家Jeff Olerton说，海草只有大约1.3亿年的历史。他没有参与上述两项研究。

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海草由回归海洋的陆生植物进化而来，但仍保留了一些陆地特征，比如开花。而且，显然，依靠动物授粉。

“看到他们如何在水中找到不同种类的动物来取代蜜蜂和蝴蝶，这是非常有趣的，”索利斯-维斯说——她指的是比喻，而不是字面意义上的。

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Olerton解释说，相比之下，海藻只是植物的远亲，既不是植物也不是动物，而是藻类。它们是种古老的生物，在植物离开海洋并开始在陆地上生长之前进化了无数个世纪。昆明研究所的植物学家和授粉生态学家Ren说，这意味着授粉这种现象的出现可能早于植物。

“这一发现完全改变了我们对授粉的看法，”他说。“我们甚至可能重新定义授粉是什么。”

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拯救等足类动物

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这一发现让Ren和Olerton写了一篇观点论文——授粉在植物出现之前就存在了吗？文章中，他们思考了动物和光合作用生物之间这种互惠关系的重要性，这种关系可以追溯到比想象中更早的进化史。

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物种之间的这种关系使生态系统得以运行，“了解这种相互作用何时开始，会大大增加我们对原始生物多样性的理解，”Ren说。

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他补充说:“我们对世界知之甚少，对陆地上发生的事情知之甚少，对水里发生的事情就更少了。”“这篇论文也只是冰山一角。”

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这项新研究表明，动物与水生植物和藻类之间的重要、且从前未知的关系可能会使它们更脆弱。以红藻为例，大多数授粉发生在浅潮池中，在那里，动物和它们授粉的动物之间微妙的“舞蹈”可能会被污染、气候变化和发展所破坏。

在陆地上，蜜蜂受到杀虫剂和其他毒素的威胁，其中很多都被冲进了大海。海洋中的蜜蜂会不会有一天也面临同样的危险?在他的博客上，Olerton对这种可能性提出了警告。

“就像‘拯救蜜蜂’呼吁保护陆地上物种间的相互作用一样，”他写道，“我们可能很快就会听到‘拯救等足类动物’这种口号。”

展望未来，研究人员很想看看是否能在自然界中找到更多授粉的例子——他们觉得可能还会有。

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Olerton和Ren写道:“毫无疑问，还有更多启示在等待人们仔细观察。”

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（译者：张淏然）

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