科学家揭示珊瑚的高温驯化适应机制 让“适者生存”加速上演,为珊瑚提供应对气候变化路径******
科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径。尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
——江雷 中国科学院南海海洋研究所助理研究员
◎本报记者 何 亮
珊瑚作为一种海洋生物,因其缤纷的色彩、特殊的生存方式而受到人们的关注。珊瑚对生存环境的变化较为敏感、对生存环境的要求较为苛刻,气候变化影响下的水温升高会导致大量珊瑚白化死亡。
近日,生态学期刊《分子生态学》在线发表了由中国科学院南海海洋研究所黄晖团队领衔完成的论文,揭示了珊瑚应对气候变暖的驯化适应及其生理和分子机制。论文共同第一作者、中国科学院南海海洋研究所助理研究员江雷在接受科技日报记者采访时表示:“这项研究有助于我们正确认识珊瑚对海水升温的适应潜力,为人类保护珊瑚礁提供了正面、积极的启示。”
孵幼型珊瑚,礁体上的“拓荒者”
长期以来,珊瑚除了因为五彩斑斓的色彩而备受人们关注,关于它还有一个问题常常令人困惑——珊瑚究竟是动物,还是植物?
事实上,珊瑚是动物,是一种较低等的刺胞动物。珊瑚之所以色彩斑斓,是因为其体内生活着一种微小的藻类——虫黄藻。虫黄藻可以通过光合作用为珊瑚提供能量,保证珊瑚的生存。如果珊瑚失去虫黄藻,就会饿肚子,最终因没有能量来源而饿死。
珊瑚与虫黄藻复杂的共生关系,不仅关乎珊瑚的生存,也是科研人员研究的重点。此次研究中,黄晖研究团队主要研究的珊瑚种类是孵幼型鹿角杯形珊瑚。
“孵幼型鹿角杯形珊瑚比较特殊,是‘先锋物种’,这也是我们选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象的一个原因。当一个生态系统受到破坏或者干扰的时候,‘先锋物种’是最早出现的一类生物。‘先锋物种’就像‘拓荒者’一样,率先开启了生态演替和重塑生物群落的旅程。”江雷表示,“因为发育快,繁殖能力强等原因,一旦有新的合适生存环境出现,孵幼型鹿角杯形珊瑚的幼虫会最先长到礁体上开拓生存环境,并对礁体进行相应改造。之后才会有其他的生物相继进驻这一生存环境。”
选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象,另一个重要的原因是其对环境的适应类型。江雷介绍,在自然界,生物对环境的适应有两种不同类型:一种类型称作表型可塑性适应,即生物的生理过程是弹性可变的,生物通过调整机能适应环境变化;另一种类型称作进化适应(又称遗传适应),即生物在许多世代中由自然选择进行演化、筛选,最终完成对环境变化的适应。
“我们选择表型可塑性适应来进行研究,是因为对这种适应类型的研究时间周期较短,容易捕获研究结果,显现成果差异。”江雷表示。孵幼型鹿角杯形珊瑚的繁殖方式是体内受精,幼体在母体内发育,发育成为幼虫之后,再由母体排出体外。孵幼型鹿角杯形珊瑚排放出来的幼虫发育周期在1个月左右,是卵生型珊瑚的十分之一。
开展对比实验,揭示生理调节机制
在中科院南海海洋研究所的实验室里,一排排灯光格外显眼。光线照射下,颜色各异的珊瑚生活在人工营造的生态系统里。江雷等科研人员对孵幼型鹿角杯形珊瑚的驯化实验也正是在这里进行。
“在野外,珊瑚生存的正常水温是29摄氏度。我们通过温控系统,将珊瑚缸中的水温以每天约0.5摄氏度的速度进行提升。大约一个星期后,珊瑚缸中的水温会升至32摄氏度,并保持此温度。此次研究中的孵幼型鹿角杯形珊瑚幼虫,正是在上述高温环境中完成在母体珊瑚体内的发育和出生。”江雷说。
在长达1个月的研究中,科研人员观察到了很多现象。经过高温驯化后,孵幼型鹿角杯形珊瑚母体的代谢受到了不利影响,不仅光合作用降低,还发生了白化现象。可是,驯化组子代幼虫的表现却不一样,与对照组子代幼虫相比,经过高温驯化的子代幼虫能适应更高的水温,其最适生存温度有了明显提升,对高温的适应性得到了增强。江雷表示:“这说明,仅仅一个月的驯化就对子代幼虫的表型产生了较为明显的影响。”
仅凭一组数据,尚不足以得出定论。接下来,科研人员又进行了交叉移植实验。科研人员分别将经历了驯化组的幼虫和对照组的幼虫置于对照温度与高温环境。对比的结果与此前的结论较好地吻合,证明珊瑚母体的热驯化缓解了高温对子代幼虫的不利影响。
“上述现象背后,是珊瑚幼虫生理状态的调整。”江雷表示,在驯化之后,幼虫的虫黄藻的光合活性与光合速率得到了提高。幼虫的虫黄藻变得更强大,对高温的适应能力也更好。与此同时,幼虫的呼吸消耗降低了。这就意味着,幼虫能在获得更多营养物质的同时,支出更少的能量消耗。
“这一生理调节机制对珊瑚幼虫来说,可谓是大有裨益。”江雷表示,处于浮游阶段的幼虫,能量物质的补充全部依赖于虫黄藻的光合作用。如果生产得多且消耗得少,幼虫的能量储备就会更加充足,也会利于其生存。
此次研究中,科研人员还发现,驯化后的珊瑚幼虫中负责从虫黄藻转移脂类、糖类和氨基酸等营养物质的宿主转运蛋白基因表达也发生了显著上调,与此前发现的相关生理机制相符。
发挥科技力量,提供更多拯救路径
在气候变化影响导致水温升高、威胁珊瑚种群生存的当下,我们能否利用科技找到更多拯救珊瑚种群的路径?
“在气候变化越发明显的当下,每一次海洋热浪事件都相当于对珊瑚的一次驯化。”江雷表示,在未来,野外环境中的驯化事件及其引发的适应效应将会越来越多。
在我国,珊瑚修复工作正在如火如荼地展开。借助中国南海相对于其他珊瑚生活海域位置偏北的地理位置优势,我国科研人员在三亚、西沙等潮间带浅水区的极端生境中寻找能够存活下来的珊瑚,并将它们移植到实验室进行选育扩繁,最终把这些珊瑚再次回植到天然的生境中。
“此次研究的孵幼型鹿角杯形珊瑚,也来自生境恶劣的潮间带。”江雷表示,在海底种珊瑚与在陆地上植树造林有一定的相似之处,却比在陆地上植树造林辛苦得多。科研人员要背着数十斤重的装备在水底打桩固定,水下失重的环境也让工作难度大大提升。
此次研究的论文通讯作者、中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员黄晖介绍,截至目前,南海海洋研究所共建设了40亩苗圃,一年可产出约7万株珊瑚苗;还建设了300亩的修复区,扭转了实验依靠野外采苗的现状。目前,科研人员播种到海床的珊瑚苗均出自人工培育。
“尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚,但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。”江雷表示,科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径,而解决根源问题,即降低碳排放,避免气候变化速度过快,才能更好地保护珊瑚。
生产性服务业赋能经济高质量发展******
作者:夏杰长(中国社会科学院财经战略研究院副院长)、谭洪波(副研究员)
生产性服务业是促进技术进步、提高生产效率、保障工农业生产活动有序进行的服务行业。它是与制造业直接相关的配套服务业,是从制造业内部生产服务部门独立发展起来的新兴产业,本身并不向消费者提供直接的、独立的服务效用。按照国家统计局新发布的行业分类,生产性服务业分为10个大类、35个中类、171个小类,包括通用航空、仓储和邮政快递、生产性租赁、人力资源管理、职业教育培训、批发与贸易经纪代理、信息服务、金融服务、研发设计与其他技术服务等。生产性服务不直接参与生产或者物质产品的转化,但却是生产制造须臾不可或缺的产业活动。国内外经济发展的经验表明,生产性服务业在支撑和壮大实体经济方面的作用正在不断增强,各国生产性服务业的增加值和就业贡献在国民经济中的比重都呈现逐渐增加的趋势,生产性服务业作为中间投入品对其他产业的发展发挥着越来越重要的支撑作用。推进高质量发展,必须充分认识加快发展生产性服务业对壮大实体经济的重要意义,并适时提出更好促进生产性服务业赋能实体经济的政策举措。
生产性服务业是壮大实体经济的重要支撑
作为实体经济重要基础的制造业是生产性服务业存在的前提条件。作为一类独立的产业,生产性服务业产生的时间晚于制造业和农业。最初,许多生产性服务环节是置于制造业内部的,还未成为独立的产业,后来随着市场竞争的加剧和社会分工的不断深化,生产性服务业与制造业和农业逐渐分离,这种分离又分为两种类型。第一种分离是制造业企业为提高自身生产效率并保持核心竞争力,将作为辅助活动的生产性服务业逐渐分离出来,这种辅助活动往往是一些通用性生产性服务,比如人力资源管理、财务管理、营销服务、研发设计等,分离出来的通用性生产性服务企业基于规模经济的考虑,除了为原有的制造业企业提供服务外,还为其他各类企业和产业提供相同的服务,逐渐形成独立的行业并发展壮大,这种分离可以称之为实体经济的“投入服务化”。第二种分离是制造业企业凭借长期生产经营中积累的与自身产品相关的独特优势,分离出能独立为下游产业提供服务的企业,如围绕维修、安装、整体解决方案、金融、租赁等业务形成的独立企业,它们为下游企业提供专业化的服务和产品,这种分离可以称为实体经济的“产出服务化”。值得进一步说明的是,在生产性服务业从制造业分离出来走专业化发展道路之后,也出现了生产性服务业自身的裂变,裂变后的不同生产性服务行业之间也会形成上下游关系,虽然其中一些生产性服务业没有直接投入制造业,但最终还是通过其他生产性服务业进入实体经济,这是由生产性服务业的中间投入品属性所决定的。
实体经济实现高质量发展,需要专业化、高端化的生产性服务业作为支撑。生产性服务业的发展水平决定着产业结构、生产规模和生产效率。经济高质量发展需要重点发展战略性新兴产业、先进制造业,生产性服务业为生产服务,重点在于为先进制造业服务、为战略性新兴产业服务。我国面临的“卡脖子”技术虽然大部分集中在制造业,但掌握其中专利的往往是一些相对独立的提供技术服务的研发中心,这些研发中心属于生产性服务行业。由此可见,专业化和高端化的生产性服务业是高端制造业所不可或缺的。目前,我国专业化和高端化的生产性服务业发展相对不足,一定程度上制约了作为实体经济重要基础的高端制造业的发展。2022年中央经济工作会议将“推动制造业高质量发展”作为2023年的一项重点工作,其中特别强调“推动先进制造业和现代服务业深度融合,坚定不移建设制造强国”,这充分反映了服务业尤其是生产性服务业对于促进高端制造业发展进而实现实体经济高质量发展的重要支撑作用。
加快发展生产性服务业的着重点
促进生产性服务业与制造业的“分离”与“融合”相结合,形成良性的产业生态系统。所谓分离,是指生产性服务环节与制造环节相互分离,成为相互独立的市场主体。这种分离可以给原本属于制造业的生产性服务业更多发展空间和决策自主权,除了服务原来的企业,还可以为更广泛的市场提供服务,从而发挥生产性服务业的规模经济优势。所谓融合,是指服务过程与制造过程的融合,具体形式包括两个方面:一是发展服务型制造,即生产性服务企业为了给客户提供更加专业化和多样化的服务,根据自己的专长、创意推出与自身服务相结合的某种有形的制成品;二是促进制造业服务化,即制造业企业结合自身产品特点、生产经营中积累的各种优势,推出相关的专业化和定制化服务,包括与制造业产品相关的售前、售中和售后服务,以提高制造业企业自身产品的性能、寿命,并促进交易达成、提高市场占有率。通过上述分离与融合,有助于形成良性的产业生态系统。
加快形成有利于生产性服务业和制造业融合互促的创新体系。促进生产性服务业和制造业的融合发展,进一步壮大实体经济,需要构建强有力的创新支撑体系。国际经验显示,依托关键核心技术和知识产权保护制度牢牢占据全球产业分工的优势地位,是一个国家掌握全球产业链和供应链话语权的重要抓手。加快形成有利于生产性服务业和制造业融合互促的创新体系,应重点从以下方面着手:加强人才队伍建设,比如建立职业教育和普通高等教育有机结合的多层次人才培养体系;进一步优化现有的双创体系,建立“卡脖子”技术重点攻关团队,畅通技术成果转化通道;用好金融工具,大力发展风险投资和私募股权投资,建设多层次资本市场,为创新企业成长壮大做好金融支撑。
积极推动生产性服务业的数字化转型。部分生产性服务业脱离实体经济独自运转的一个重要原因,是上下游客户之间存在信息不对称甚至是信息隐藏行为。生产性服务提供商在难以获得下游客户的某些信息时,基于对风险和资产专用性等方面的考虑,会谨慎提供服务,结果导致生产性服务业对实体经济的支持不足,比如金融行业因信息不对称导致对实体经济的支持不足等问题。而当前以大数据、物联网、移动互联网、云计算、人工智能、区块链等为代表的数字技术在产业层面的广泛应用,可以有效克服因信息不对称引发的生产性服务业对实体经济支持不足的问题。通过产业数字化和数字产业化以及在此基础上发展起来的平台经济,制造业、农业等领域的客户可以有效向生产性服务业传递自身的个性需求,生产性服务企业可以有效捕获市场需求及客户类型等信息,进而提供更加专业化、个性化、低风险和低成本的服务。生产性服务业的数字化和平台化发展也有利于市场的一体化建设,因为数字技术能有效提高生产性服务的可贸易程度从而显著降低贸易成本,推动生产性服务业不断扩大远程服务的范围。
扩大服务业对内开放,构建统一和有序竞争的生产性服务业市场。许多生产性服务业属于典型的知识和技能密集型行业,这些行业往往初始投入较高而边际成本较低,属于典型的规模报酬递增行业,这一特性意味着,它们只有在大规模的统一市场中才能明显降低平均成本。大规模的统一市场不但有利于生产性服务业的专业化发展,还可以为实体经济提供成本更低和专业化程度更高的中间投入。
服务业“引进来”与“走出去”相结合,积极利用国外优质服务资源。与制造业发达国家的生产性服务业相比,我国生产性服务业国际化程度相对低,表现为海外营收占总营收的比重低、对外开放程度低等特点,导致我国高端制造业对国外的生产性服务业依赖程度较高。为改变这一现状,应积极利用国际资源发展高端生产性服务业:继续扩大服务业对外开放,通过吸引国际高端人才和投资获得更多溢出效应;鼓励生产性服务业企业“走出去”,不断提升自身发展能力。
《光明日报》( 2023年01月10日 11版)