有多少人清楚珊瑚虫与虫黄藻两者之间的关系

   谈起珊瑚，这一古老的生物，都有一层神秘的面纱，要讲起珊瑚的起源，更是可以追溯到亿万年前生命的形成，对于海水玩家的我们，要想健康饲养珊瑚，就必须了解一下珊瑚虫与虫黄藻这一动物和植物的完美组合。


　　细胞内的太阳能发电机
　　你可知道珊瑚细胞内有着神奇的「太阳能」发电机吗？这神奇的发电机不仅可以把太阳能转化成可储存的能量供珊瑚使用，也可吸收珊瑚的含氮废物，把它转换成可利用的养分。更神奇的是，随着珊瑚的成长，这发电机能自我复制增加数目，以符合长大的珊瑚所需。

　　有趣的是，如此先进的「发电机」可以直接从珊瑚妈妈传给珊瑚宝宝，或是在成长过程中自己跑进来。但天下没有白吃的午餐，要控制管理这群有智慧的发电机，珊瑚宝宝也必须下许多功夫！

　　这太阳能发电机到底是啥？我们早就知道动物细胞内都有发电机，那叫做粒线体（mitochondria），而这个「太阳能」发电机又是什么呢？答案就是-共生藻（Symbiodinium sp.）。

　　动物与植物的亲密共生
　　共生（symbiosis）是指两种生物体为了互助而共同生活在一起，而依照共生的「亲密程度」，还可以分为外共生及内共生。

　　外共生　外共生是属于「普遍级」的关系，共生体与宿主可以靠得很近，但仍限于宿主的表面，大者如海葵与小丑鱼，小者如生存在肠道表面的益生菌（肠道菌），都是外共生的例子。

　　内共生　内共生则是「限制级」的关系，共生体与寄主的关系非常亲密，寄主完全接纳「特定」的共生体进到细胞内或组织内的细胞间质中生活。科学家发现，海葵、水母、珊瑚及许多海洋无脊椎动物都能与共生藻进行「限制级」的内共生现象。

　　以珊瑚为例，珊瑚是二胚层动物，身体的组织只有外胚层与内胚层，在珊瑚成虫体内，共生多发生在内胚层，共生藻几乎占据了整个内胚层。共生藻在珊瑚体内依然能进行光合作用，并把产物供给珊瑚使用，是珊瑚成长所需养分的主要来源。珊瑚的白化是因为与共生藻间的亲密关系遭到破坏，以致共生藻离开了珊瑚，而长期失去共生藻的珊瑚会渐渐地走向死亡。由此可知，维持与共生藻的亲密关系，对于珊瑚的健康及命运是非常重要的，深入了解牠们之间的亲密关系，有助于对保育及海洋生命科学的应用提供重要策略。

　　近年来许多国家遭到粮食供应不足的困扰，饲料玉米等农作又拿去生产生质能源，造成养殖业者的成本节节升高，肉类价格因而飙涨。有人曾幻想，如果养猪养鸡能像种菜一样，给牠阳光、空气和水就可以长大，该有多好！有识之士对这种幻想可能会嗤之以鼻，但神奇的是，珊瑚竟然办到了！珊瑚能命令一群居住在体内的房客（共生藻）交出 90％ 以上的光合作用产物当作「房租」，因此只要每天定时做做日光浴，记得收房租，就衣食无缺了。

　　但房租这么高，共生藻不会抗议吗？房租又是怎么计算的呢？会随环境物价波动吗？珊瑚又如何避免共生藻呼朋引伴白吃白住呢？牠们又是如何沟通对话以维持互利的共生关系呢？这些问题都是我们所好奇的。答案若能揭晓，不仅能够使珊瑚不会因环境变迁而白化死亡，甚至可能制造出「绿巨人」，或衍生出创新的生物科技应用喔！

　　破解珊瑚亲密对话之钥
　　恋爱中的男女可以透过温柔的言语及亲密的肢体动作沟通爱意，驯兽师可以利用食物及鞭子驾驭勇猛的狮子，珊瑚与共生藻又是怎么沟通的呢？牠们之间如何交流呢？这有点困难了！因为牵扯到复杂的动物细胞与植物细胞间的交互作用，尤其是珊瑚！

　　珊瑚虽然只有两个胚层，但组织细胞奇特复杂，并无明显特化的器官。共生藻又只躲在内胚细胞中，若用传统的萃取法进行生化分析，经常受到外胚层组织细胞的干扰，而无法看清楚内胚层细胞与共生藻间的生化反应。不论是以蛋白质体学策略比较蛋白质的变化，或以基因质体学策略分析基因表现的差异，外胚层大量表现的基因及蛋白质产物，往往掩盖了共生藻与珊瑚的对话讯号，这个瓶颈一直纠缠着研究珊瑚共生机制的科学家。

　　在国内，这方面的研究似乎渐露曙光。国立海洋生物博物馆有一群来自不同专业背景的研究人员，透过同心合力的团队合作，带领着东华大学海洋生物科技研究所的学生，开始有效率地探索及解答珊瑚共生的奥秘。

　　最近，在研究团队的努力下，终于建立了珊瑚胚层的分离技术，暂称为「珊瑚人工褪皮技术」。利用这项技术萃取蛋白质或分析基因表现时，可以使外胚层褪下分开，不再受到它的干扰，因此能准确地分析共生细胞的基因表现变化，加速调控共生机制分子机转的研究。同时，在团队合作以及充分应用台湾丰沛的海洋资源和各式分析仪器下，已渐渐发现许多珊瑚与共生藻从前不为人知的秘密。

　　共生藻在珊瑚体内的旅程
　　珊瑚的生殖方式通常是分裂生殖（无性生殖），只有在特定时期才行有性生殖，即产生配子（精、卵）。当珊瑚把配子放出体外时，这些精子和卵子在湛蓝的海洋中邂逅结合，然后吸收共生藻一同发育成新的珊瑚个体。然而像火炬珊瑚（Euphyllia glabrescens）等对后代有更贴心的照顾，牠们让精子与卵子在体内先结合发育成胚胎，并给予共生藻，等到发育成幼苗时再释放到海洋中，在这个时候，共生藻就已经存在于火炬珊瑚幼苗体内了。

　　珊瑚本身在可见光下并没有明显的体色，共生藻则呈现深褐色，从外观可以看到共生藻在珊瑚幼苗体内有特定的分布。在接近口部处密度最高，越往底部共生藻越少，而且当这些幼苗着床之后，触手就由原先共生藻集中的位置，即口的周围，开始分化出来。经由荧光显微镜观察，可以看到共生藻呈现红色荧光（叶绿素的荧光），而口部具有强烈的绿色荧光（绿荧光蛋白）。在胚胎发育的过程中，当口的结构形成，表示胚层的翻转已经完成时，胚胎的内、外胚层的结构已然成形。

　　由组织切片发现，有别于一般珊瑚成虫，火炬珊瑚幼苗除了内胚层有共生藻，外胚层也有共生藻存在。尤其在幼苗刚放出体外的第1天，几乎 80％ 左右的共生藻存在于外胚层。随着幼苗的成长，在外胚层的共生藻数量逐渐减少，在内胚层则渐渐增加。直到幼苗开始着床分化出触手后，共生藻几乎都在内胚层了。

　　这说明或许外胚层不适合共生藻长期生存，因此可能经由中胶层逐渐转移到内胚层，内胚层则是最适合共生藻生存的地方，因此生长较快。由此观之，共生藻在珊瑚的体内可能是不断地旅行，寻觅合适的栖所。

　　由于共生藻是植物，其生理状况受到光线的影响非常大，不论是进行光合作用或细胞分裂的调控，都直接与光线有关。在正常光暗周期下的珊瑚幼苗，在 6 天后仅剩 10％ 的共生藻还停留在外胚层。但若是以暗处理或施以药剂干扰共生藻的光合作用，多达 40 ～ 50％ 的共生藻仍停留在外胚层，无法迁移。

　　研究人员推测，珊瑚外胚层大量的绿荧光蛋白就好像一层太阳眼镜，可以遮掉过量的紫外光及蓝光。当幼苗在母体中时，有母体绿荧光蛋白的保护，可藉以调控内胚层中的共生藻。但离开母体后，就直接暴露在阳光下了，因此幼苗外胚层中的共生藻可能为了避免过强的光线照射，开始迁移到内胚层。也或许是珊瑚幼苗为了保护或调控共生藻，而主动把它搬移到内胚层。这些微妙的机制，显示出珊瑚与共生藻之间有奇特的生命联结。

　　向共生藻打暗号
　　在最新的研究中还发现，珊瑚绿荧光蛋白的功能除了遮蔽强光外，可能还扮演控制共生藻细胞分裂的角色！在实验室里，共生藻可以由珊瑚组织中分离出并单独培养，这时的共生藻是处于非共生状态。非共生状态的共生藻平均每 24 小时可以完成一次细胞分裂，由1颗分裂成 2 颗，若环境合适，再过 24 小时后，2 颗就会分裂成 4 颗。依此类推，很快就会衍生出庞大的共生藻族群。

　　但是在共生状态时，共生藻就不能毫无限制地分裂了，因为在珊瑚组织细胞内，空间有限，而且珊瑚也不能任由共生藻大量复制而塞爆自己。然而珊瑚是如何控制共生藻的分裂呢？

　　之前的研究显示，在珊瑚体内的共生藻族群，仅有约 5％ 在进行细胞分裂，但单独培养的共生藻族群，则有 50％ 以上在进行分裂。珊瑚究竟是透过什么机制，只准许 5％ 的共生藻进行分裂呢？除了科学家很早就提出的，珊瑚可能利用养分来控制共生藻细胞复制等假设外，又发现了另外的可能机制！

　　实验发现，单独培养的共生藻只受蓝光的刺激而分裂，不受其他波长的光线如红光等的影响。因此当没有蓝光时，共生藻就无法进行正常的细胞分裂。

　　更有趣的是，若是以珊瑚的绿荧光蛋白（专门吸收紫外线及蓝光而发出绿荧光的蛋白）来遮蔽或直接加入单独培养的共生藻时，共生藻细胞分裂的比率就明显下降。可见珊瑚是用绿荧光蛋白向共生藻打暗号！把刺激分裂的蓝光吸收遮蔽，提醒共生藻不能过度地分裂，以维持体内数目的恒定。

　　研究珊瑚共生的愿景
　　造礁珊瑚是海洋中珍贵的宝藏，虽然在全球海洋里所占的面积并不多，却在整个海洋生态系中占有举足轻重的地位。大部分的造礁珊瑚都与共生藻进行互利的共生现象，而共生现象的和谐与否，则直接影响珊瑚本身的健康。

　　不仅如此，共生现象也提供了一项非常重要的研究模式，来解答为何一种植物（如共生藻）能够在动物细胞中生存，并且彼此调控影响。了解这种亲密的关系，不但可以让我们对于动物免疫系统的调控有所领悟，而且有助于了解动物与植物在演化过程中的相互影响。

　　我们由衷地希望经由多种生物学的层面，从分子、细胞、组织及个体的层次，对珊瑚与共生藻之间的共生现象做更全面且深入的研究。

学习

看看

坐下学习

看看                  

先收藏留用