珊瑚白化生物學王志騰 助理教授 大仁科技大學 生物科技系1何謂珊瑚的白化? 大部分珊瑚的顏色主要來自共生藻 共生藻失去色素 共生藻離開珊瑚細胞2珊瑚白化的種類 大範圍 不同株之間(branch coral massive coral) 同一株內3456共生藻於腔腸動物細胞的存在位置7共生狀態的 海葵觸手白化的海葵 89共生藻離開珊瑚細胞的幾個方式 胞釋作用 珊瑚細胞計畫性凋亡後釋出 珊瑚細胞損傷破裂後釋出 珊瑚細胞吐出共生藻 整個珊瑚內胚層細胞脫離10From: Gates et al. 1992, Biol. BullFive Possible Mechanisms for Coral BleachingFive Possible Mechanisms for Coral Bleaching11From: Gates et al. 1992, Biol. Bull12From: Gates et al. 1992, Biol. Bull13珊瑚與共生藻的互動關係營養物質的互動生理調節的互動基因調節的互動14Effects of host extract and amino acids on Effects of host extract and amino acids on photosynthatephotosynthate release by release by SymbiodiniumSymbiodiniumSupplements to SW BuffernTotal Carbon Fixation14C in Mediumdpm cell n-1%None360.482 0.018a 8.3 0.4aHost extract140.818 0.058b22.6 1.0c75 mM FAA130.604 0.032a22.9 0.6c1 mM Taurine50.566 0.100a24.9 0.7cFAA (no taurine)30.622 0.013a15.3 1.1b25 mM Glutamate30.446 0.014a 6.7 0.1a25 mM Serine30.480 0.009a 9.3 0.1a25 mM Lysine3 0.474 0.017a 8.5 0.6aFrom: Wang and Douglas, Plant Physiol. 199715Current hypotheses of nitrogen relationships in alga-invertebrate symbiosesCurrent hypotheses of nitrogen relationships in alga-invertebrate symbiosesFrom: Wang and Douglas, J. exp. Biol. 199816Impact of light regime on the activity of enzymes in amino acid metabolism Impact of light regime on the activity of enzymes in amino acid metabolism In the animal fractionIn the animal fractionFrom: Wang and Douglas, J. exp. Biol. 199817造成珊瑚白化的可能因素 物理因子 溫度 光線(紫外線 or 光度太高; 長期黑暗; 水中濁度高) 物理性覆蓋(漂沙沉積) 化學因子: 如重金屬(esp. Cu and Cd) 疾病(如Vibrio shiloi)18What happening would cause coral bleaching?19珊瑚白化機制的劇情想定（一）共生藻像植物一樣，於不適環境下自然枯萎而死。（與宿主沒有關係）20珊瑚白化機制的劇情想定（二）宿主因不適環境，自然排出共生藻（與共生藻無關）21珊瑚白化機制的劇情想定（三）共生藻因不適環境造成光合作用能力下降，減少養分釋出，被宿主趕出去。22珊瑚白化機制的劇情想定（四）共生藻因不適環境產生有害物質，遭宿主趕出去。23珊瑚白化機制的劇情想定（五）共生藻或宿主的代謝產物，觸動胞釋作用的開關。24造成珊瑚白化的可能機制 共生藻光合作用中心的損傷 共生藻光合作用被抑制 動物細胞內蛋白質被磷酸化 細胞計畫性凋亡 激態氧的含量增加 NO的產生25From: Warner et al. 1999, PNASDamage to the D1 protein in PS II of Damage to the D1 protein in PS II of zooxanthellaezooxanthellae26From: Smith et al. 2005, Global Change Biol.Possible interactions between the products of photosynthetic electron transportPossible interactions between the products of photosynthetic electron transport And carbon assimilation in And carbon assimilation in zooxanthellaezooxanthellae and links with the host coral and links with the host coral27From: Trapido-Rosenthal et al. 2005, Biol Bull.28From: Smith et al. 2005, Global Change Biol.29From: Perez and Weis 2006, J. exp. Biol.30From: Perez and Weis 2006, J. exp. Biol.31為什麼珊瑚要白化 適應白化假說(Adaptive Bleaching Hypothesis) ?32適應白化假說(ABH)的三前提 “後到”比”先來”的共生藻優勢 重新洗牌 優勢的共生藻剛好存在白化珊瑚附近33宿主還是共生藻啟動白化的機制 ? 抵抗白化壓力的是珊瑚或是共生藻? 共生藻的多元性: A-G 共7種親緣型 珊瑚細胞的適應性: 耐壓機制的啟動34珊瑚白化可以防止嗎 ?35