本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点。
就在海面之下，一场战争正在进行。珊瑚礁不断受到海藻的攻击，它们试图夺取控制权，窃取珊瑚最佳的阳光照射位置。许多植物入侵者都配备了致命的化学武器，可以击垮珊瑚的新陈代谢，这似乎是对一个看似手无寸铁的对手的不公平战斗。但珊瑚并非毫无防备；正如《科学》杂志上的一篇新论文所示，珊瑚有鱼保镖随时准备进行防御。
珊瑚礁是地球上生产力最高的生态系统之一，同时也是受威胁最严重的生态系统之一。当管理者和科学家们努力寻找保护这些珍贵栖息地的方法时，大堡礁的珊瑚覆盖率已经下降了 50%，加勒比海的珊瑚覆盖率下降了 80%。这种损失波及到食物链上游，导致渔业和生态系统服务下降。但并非所有生物都为珊瑚的衰退而悲痛——当珊瑚挣扎时，海藻会获得好处。
珊瑚和海藻之间一直在争夺主导地位。在健康的珊瑚礁上，海藻受到以植物为食的鱼类和无脊椎动物的控制，它们阻止藻类蔓延到它们的珊瑚家园。当这些食草动物消失时，就像 20 世纪 80 年代加勒比海的海胆大量死亡时一样，藻类会疯狂蔓延，降低栖息地的复杂性，并使许多鱼类无家可归。直到最近，珊瑚在这个持续的战斗中似乎还是相对被动的。但现在，佐治亚理工学院的科学家发现，珊瑚会积极招募防御者来对抗藻类入侵。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑支持我们屡获殊荣的新闻工作，方式是 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事得以延续。
“我们一直在研究珊瑚-海藻之间的相互作用，以确定哪些海藻对哪些珊瑚的损害最大以及所涉及的机制，”研究的共同作者、佐治亚理工学院生物学院教授马克·海解释道。他和他的博士后丹妮尔·迪克森发现，海藻 Chlorodesmis fastigiata 对珊瑚具有特别的化学毒性，会释放脂质毒素，伤害与之接触的珊瑚。然而，在进行实验的斐济，珊瑚似乎能够自保。考虑到食草动物的重要作用，该团队决定看看生活在珊瑚中的鱼类是否会代表它们的家园进行反击。因此，他们选取了拥有常驻鰕虎鱼的 Acropora nasuta （一种重要的造礁珊瑚）种群，并从其中一些种群中移走了鱼。然后，他们将藻类或由尼龙线制成的藻类模拟物放置在珊瑚上，并在几天内观察珊瑚的变化。
虽然假藻类（在物理上覆盖了珊瑚，但缺乏藻类本身的化学武器）没有产生任何影响，但移植藻类的珊瑚都因引入这种竞争性植物而受损。但是，科学家们注意到，保留了鱼类居民的珊瑚情况要好得多。三天后，珊瑚上残留的海藻量减少了 30%，而珊瑚本身受到的损害仅为没有鱼类种群的珊瑚的 20% - 30%。
在确定了生活在珊瑚中的鱼类的重要作用后，该团队进一步调查了鱼类、珊瑚和藻类之间的相互作用。该团队再次将 Chlorodesmis fastigiata 引入珊瑚，但这次他们观察了鱼类的反应。几分钟之内，只有几英寸长的小鰕虎鱼从它们的藏身之处出现，开始啄食和吞噬海藻。“这些小鱼会出来把海藻割掉，使其不接触珊瑚，”海说。
为了真正了解发生了什么，科学家们从未受损的珊瑚旁、藻类仍然存在时被藻类损坏的珊瑚旁、藻类被移除后被藻类损坏的珊瑚旁以及远离珊瑚的单独藻类中采集了水样。他们将鰕虎鱼暴露在这些水样中，并观察它们的反应。在不到 15 分钟的时间里，鰕虎鱼被受损珊瑚中的水吸引，但对藻类本身的化学信号没有反应。“我们发现，鰕虎鱼是被“呼唤”到被藻类破坏的区域的，而这种“呼唤”来自受损的珊瑚，而不是来自海藻。”
“这种珊瑚正在招募一英寸长的保镖，”海解释说。“这种情况发生得非常迅速，这意味着它对珊瑚和鱼都非常重要。珊瑚释放一种化学物质，鱼立即做出反应。”科学家们甚至通过使用来自另一种但密切相关的珊瑚物种的海藻损伤水来测试鰕虎鱼，但鱼没有反应。“鰕虎鱼来营救它们的宿主珊瑚，但对相关珊瑚的化学信号没有反应，”海说。
鰕虎鱼并非完全无私。鰕虎鱼不仅仅吃海藻，它们还吃珊瑚本身的粘液。“鱼在安全的地方获得保护，并从珊瑚那里获得食物，”海解释说。“珊瑚获得一名保镖，以换取少量食物。这有点像交税以换取警察保护。”
除了保卫家园，该团队还发现，其中一种小鱼通过食用入侵的海藻获得了额外的防御能力。“已知其中一种鰕虎鱼会产生有毒的皮肤分泌物，”海解释说。“这种鰕虎鱼会食用有毒的海藻，并变得更有毒，”从而有助于保护它免受潜在捕食者的侵害。在珊瑚中发现的另一种主要的鰕虎鱼没有这种防御能力，但它仍然击退了攻击者。“它从其宿主珊瑚上修剪了海藻，但并没有食用海藻 - 它显然只是修剪了海藻然后吐了出来。”
科学家们甚至能够缩小海藻中引起珊瑚发出求救信号的物质范围。该团队提取了海藻化学物质的不同部分，并将它们应用于假尼龙模拟物。只有含有已知脂质化学武器的提取物触发了鱼类防御系统。
“我是一名研究化学介导相互作用的生态学家，但这里进行的奇妙而微妙、细致入微的特定化学舞蹈仍然令我震惊，”海说。他指出，这些发现突显了珊瑚礁上互利互动的重要性。“一些海藻和珊瑚之间的竞争已经足够重要，足以推动这种珊瑚与其互利鱼类之间奇妙而精确的信号传递的进化。”虽然类似的互利防御系统在陆生物种中得到了很好的描述，但这还是首次在海洋环境中展示这种相互作用。
海还强调，至少在生态系统方面，大小真的无关紧要。“生物体不必很大或很多才具有重要的生态意义，”海说。“这些微小的、不显眼的鱼类对于减缓或阻止海藻对珊瑚造成的损害非常重要，因此对于稳定珊瑚礁、防止珊瑚流失和珊瑚礁衰退也很重要，但它们却被低估了。”
引文：Dixson D.L. & Hay M.E. (2012)。珊瑚通过化学方式提示互利鱼类移除竞争性海藻，《科学》，338 (6108) 804-807。DOI：10.1126/science.1225748
照片：珊瑚和海藻 © Paul Asman 和 Jill Lenoble，根据 Gaia Guide 的知识共享许可使用；鰕虎鱼保卫珊瑚，由 Danielle Dixon 提供，佐治亚理工学院提供；幼年鰕虎鱼，由 Joao Paulo Krajewski 提供，佐治亚理工学院提供