红海的自然历史及其珊瑚的不确定未来

2023年5月早些时候，一小队海洋生物学家抵达沙特阿拉伯城市吉达。他们从关岛、美国、葡萄牙、西班牙和日本飞往当地机场，很快就会与阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的同事会合，这是一所建在关岛沿岸的研究型大学。红海。

是大海把他们带到了这里。阿拉伯和非洲之间狭窄水域中的珊瑚礁是世界上最独特的珊瑚礁之一。红海口的一个浅海峡，被称为“曼德海峡”(Bab-el-Mandeb)或“泪水之门”，数百万年来使其海洋居民部分与世隔绝，导致当地特有现象的发生率很高。红海14%的珊瑚、鱼类和软体动物在其他地方找不到。

红海也是世界上一些最令人惊叹的珊瑚礁的所在地，科学家们对它们里面生活着什么只有一个模糊的了解。

“你看到的几乎所有东西都是珊瑚和鱼类，但这只是表面上的东西，”佛罗里达自然历史博物馆无脊椎动物学馆长古斯塔夫·保莱说。“大部分多样性都存在于珊瑚礁内，但很难取样。”

据估计，全球珊瑚礁中近四分之三的物种尚未被发现，但气候变化、海洋酸化和人类发展的持续威胁不会等待科学家们迎头赶上。如果按照大多数气候模型的预测，下个世纪全球气温比工业化前平均水平上升2%，那么99%的珊瑚礁可能会消失。

保莱长途跋涉从佛罗里达州来到沙特阿拉伯，与KAUST红海研究中心的教授苏珊娜·卡瓦略(SusanaCarvalho)一起工作，后者利用新技术加快珊瑚礁生物多样性发现的进程。她采集沉积物或水的样本并将其混合，将所有流动的浮游生物、幼虫和悬浮的组织颗粒混合在一起形成基因泥浆。

特殊的酶会挑选出DNA链，然后卡瓦略和她的团队用它来创建给定样本中所有生物体的名册。在红海和大多数其他海洋环境中，最终的统计数据存在明显的差距。

“在大多数情况下，我们不知道我们正在观察什么物种，甚至不知道什么群体，”​​卡瓦略说。“这让我们产生了这样的想法：我们需要引入分类学家来记录我们所拥有的信息，并帮助我们改进本地参考馆藏，包括DNA参考库。这是我们能够充分利用基于分子的方法的唯一方法。未来的生物多样性评估。”

保莱此前曾在红海工作，最近在附近的阿拉伯海和阿曼湾完成了广泛的珊瑚礁调查。卡瓦略询问他是否愿意返回进行另一次红海探险，这次是沿着沙特阿拉伯的西北角进行的，那里目前正在进行一个巨大而雄心勃勃的开发项目。

因此，保莱和他的同事们将装满科学设备的大行李袋装入阿卜杜拉国王科技大学的SUV中，然后出发沿海岸行驶8小时。

他们租来进行珊瑚礁调查的船有两台发电机，其中一台坏了。由于需要两者，第三个被固定在后甲板上，占据了研究人员很快准备标本的大部分可用空间。

它还显着增加了船舶的重量。这改变了它的重心，使其头重脚轻，在动荡的天气下更容易翻船。但风平浪静，天空晴朗，很快他们就沿着海岸向北驶向亚喀巴湾。

大裂痕

红海是一个独一无二的世界。大约从三千万年前开始，随着大陆板块的分裂，非洲和阿拉伯之间出现了一条鸿沟。来自印度洋的海水涌入裂口，带来了一群原始鱼类和无脊椎动物。

沿着红海脊柱不断扩大的裂谷在其最低点形成了近2英里深的深海海沟;在底部，一层薄薄的沉积物和有机碎片压在岩浆管上，将周围的水加热到超过160°F的温度。即使远离这些构造活动区域，海水最深处的温度仍保持在68°F的温暖温度。

保莱说：“深海是冷水环境。”他补充说，大多数地方的温度都徘徊在水的冰点以上。“红海深处最奇怪的方面之一就是它的温暖。”

它的海岸绵延1,400英里，四面都是沙漠。没有河流流入红海，每年从其表面蒸发超过6英尺的水。印度洋通过细长的泪水之门重新注满盆地。红海与其他水体的连通性有限，使其成为盐的储存库，盐会沉淀并沉入海底。

海底布满了数英里厚的盐丘和盐水池，任何不幸落入其中的生物都会立即被腌渍。附近的硫烟囱喷出厚厚的过热硫化物和金属羽流，周围覆盖着龙的锰、金、银宝库、锌和铅价值数万亿。

在更新世时期，冰川从两极辐射出来，使海平面降低了300多英尺。红海不断萎缩，部分或全部与印度洋隔绝。这导致盐浓度激增，似乎杀死了北半部海域的大多数珊瑚。

目前栖息在沙特阿拉伯和埃及周围水域的珊瑚，除了少数之外，都可能是最近抵达的，在一万年前最后一个冰河时代后海平面上升时，它们就搬进来了。珊瑚沿着整个海域反复出现，殖民并增加了它们的前辈在亿万年前创造的珊瑚礁平台。

如今，除了洪水时期，海洋从陆地获得的营养物质很少，这使得它成为您最不可能找到繁荣的珊瑚礁群落的地方。在正常情况下，营养物质的缺乏会抑制藻类的生长，从而限制鱼类和无脊椎动物种群的规模。这种环境是海洋沙漠，在公海中尤其常见。

靠近海岸，水浅且光线充足，许多珊瑚与藻类形成共生关系，彼此产生彼此生存所需的重要营养。珊瑚利用带刺的刺细胞捕猎。在它们消化完食物后，废物被用来给它们的藻类施肥。作为回报，藻类将光合作用产生的一部分糖分给珊瑚宿主。

“珊瑚礁在一定程度上是对低营养条件的反应，”保莱说。“珊瑚和藻类之间的共生关系使得两者比任何一种生物体都更能适应营养缺乏的情况。红海的北端位于营养谱的最末端，这意味着你会得到充满活力的珊瑚和惊人的水清澈度。”

“线”

当科考船在浅滩和珊瑚礁上滑行时，和风蓝色的海水不时爆发出明亮的色彩。椭圆形的斑块礁石像柱子一样从海底伸出。在附近的其他地方，这些活着的石笋散布着粗心船只的残骸，这些船只的船体被它们刺穿了。为了避免这些和其他危险，研究小组在60多英里长的弧线上的32个地点进行了采样。

在某些方面，保莱将自己视为一名档案保管员。目前，物种消失的速度比正常背景灭绝速度快数百至数千倍，并且随着气候的迅速变化和人类的持续扩张，这种趋势没有显示出减弱的迹象。

对保莱来说，生物多样性的持续下降几乎是不可避免的，他希望在物种消失之前创造尽可能多的物种记录。运气好的话，这场悲剧甚至可能是暂时的。如果新兴的反灭绝科学能够取得成果，未来的科学家或许能够利用保存下来的组织和DNA重建灭绝的生物体，使它们复活。

在其他科学领域，人类对灭绝动物的记录已经成为了解过去的唯一可用门户之一。最近灭绝的岛屿鸟类，如渡渡鸟，就是一个鲜明的例子。

“除了骨骼之外，我们对这些鸟类的了解都取决于探险家在这些动物活着时记录的一切，”他说。“这就是世界上很多地方正在发生的事情。未来地球上生命的许多方面只能通过今天记录的笔记、图像、标本和遗传学来了解。”

Paulay创建了一个简化的工业规模流程，团队可以收集生态系统的整个组成部分、拍摄单个样本、对DNA进行测序并存储所有内容(包括生物体)以供将来研究。描述新物种的艰巨任务留待以后进行。相反，亲和力未知的生物体更方便地标记为MOTU——分子操作分类单位。

使用这些方法，Paulay和他的同事在一年内进行的七次调查中记录了多达2%的已知海洋无脊椎动物多样性。

这些生物多样性评估对于附近开发区尤其重要。距离探险队中点仅几英里的内陆地区，施工人员正忙着为一座人类从未尝试过的城市挖掘地基。

这座城市的设计由两排平行的摩天大楼组成，它们从红海岸边拔地而起，并以直角延伸到沙漠中150英里。在该城市的早期规划中，每座塔楼都设计为1,600英尺高，塔楼之间有一个不到700英尺宽的小间隙，上方由拱门纵横交错，下方由地下铁路系统连接。

这座城市简称为“TheLine”，其设计完全依靠可再生能源运行，通勤时间短，设有自然公园，并且完全没有汽车。

这个具有里程碑意义的项目只是萨勒曼国王于2016年宣布的更广泛的发展和刺激计划(称为“2030年愿景”)的一部分。它包括新的山区和岛屿度假村、红海浮动港口城市、12个国家和地区的振兴项目的计划。全国各地的城市，以及为这一切提供电力的广阔的风能和太阳能发电厂。

在靠近大海的地区进行建设之前，官员们希望更好地了解海水中的生物。全面评估任何珊瑚礁都是一项艰巨的任务，但在红海尤其困难。像大堡礁和加勒比海边缘珊瑚礁网络这样的标志性珊瑚构造历来受到了科学界的极大关注。

对红海居民知之甚少的信息往往经不起推敲。被认为是一个物种的东西可能会变成多个物种，卡瓦略将这种反复出现的模式比作嵌套的俄罗斯套娃。“你拿了一个，然后意识到还有另一个，”她说。

红海生物多样性的不确定性在过去十年中迅速发生了变化。

KAUST于2009年首次成立时，非常重视海洋生物多样性的评估。该大学的红海研究中心吸引了来自世界各地的教师和研究生，完全致力于了解红海的生命及其影响力。

该研究所现任所长MichaelBerumen于2012年发起了一系列调查探险活动。Paulay和他的同事参加了其中的7次调查，并带着满载标本回国，这些标本目前正在佛罗里达自然历史博物馆进行整理和研究。

2011年，附近港口城市吉达的阿卜杜勒阿齐兹国王大学与德国森肯伯格研究所合作启动了红海生物多样性项目。该项目的主要目标之一是建立一个博物馆，收藏来自红海的生物。这导致了一系列新物种的发现以及更多海洋专家涌入该地区。

其他机构和项目最近也纷纷跟进，包括2021年启动的珊瑚礁景观恢复计划、2023年成立的新生全球珊瑚研发加速器平台基金会，以及目前正在三湾建设的海洋生物研究所。

对于任何希望了解红海珊瑚礁复杂性的人来说，沙特阿拉伯是个好地方。

沙漠中的雨林

船员们向北行进时，经过了低矮的沙丘和小山，偶尔有棕榈树。平静、绿松石色的泻湖从岸边缓缓下沉至几英尺深，然后又弯曲回到几英里外高架的边缘礁石上。泻湖和后礁的其他部分随机点缀着珊瑚丘和微型斑礁，就像散落在山脉底部的碎石一样。

朝向公海，珊瑚礁形成了小山麓，其中有突出的花椰菜和叶珊瑚的峭壁。布满石珊瑚的小悬崖停在离水面不远的地方，它们被沙槽隔断一分为二，沙槽呈扇形散布到海底，形成由骨头、贝壳和沉积物组成的冲积圆形剧场。

在顶部，珊瑚礁变平成一个宽阔的屋顶，上面布满了裂缝、气孔和鱼大小的隧道。由于无法应对干燥的空气，这里的珊瑚在低潮线以下几英寸处生长，珊瑚礁在此处爆炸，呈现出绚丽的色彩和轮廓。

风琴管在深红色的茎上延伸出一束华丽的绿色息肉;火珊瑚将黄色树枝编织成网格，周围包裹着一层细密的半透明刺毛;鹿角珊瑚分叉成烛台，尖端呈长矛状，茎呈烛光颜色。翠绿的藻类草坪向四面八方延伸，由吃草的鱼和游荡的海胆照料着。

与附着在前礁上的植物和动物相比，所有这些都只是装饰而已。屋顶的尽头是一个伸入大海的短斜坡。过了这个山脊，珊瑚礁突然陷入水中数十英尺，形成了一个覆盖着大量活珊瑚的海底悬崖。

“珊瑚礁是一个光驱动的环境，所以一切都向表面生长。它就像一片有树冠的森林，”保莱说。“由于这两个因素，我的心情是巨大的。高耸的墙壁和通道让我惊叹不已。这是一个仙境。”

前礁的顶部受到海浪的冲击，生长在这里的珊瑚通常由硬壳或扁平巨石组成，面向海浪，像鳍一样分隔海水的涌流。有类似留声机的珊瑚、地衣、倒伞和盆景树。大量的扁脑藻丛有大象大脑的大小和形状，有霓虹色的凹槽和山脊，而树突藻则遮盖了礁石景观，就像永远冻结在夕阳余辉中的积雨云。

ARMS是自动珊瑚礁监测系统的缩写，使科学家能够非破坏性地研究珊瑚礁内的生物体。图片来源：NicoKrebs/TaiyoOnorato

就在这场灯光秀的上方，船上的研究人员分成了两队。第一个是将自主珊瑚礁监测系统放置在珊瑚礁沿线的战略位置。每个装置都由彼此堆叠的PVC板组成，中间有一个空间供无脊椎动物和鱼类栖息。这些人工鱼礁随后在预定的时间后被移除并带回实验室，在那里它们可用于研究珊瑚礁内部和之间的细微差异。

第二个团队使用批量采样技术以及适合与每个人的专业领域相对应的特定生物群的方法来收集生物体。在船的上部，佛罗里达大学的研究生索马·埃莱芬蒂(SomaElefánti)在船后拖着一张长长的圆锥形网，用来捞起漂流的浮游生物。

下面，日本琉球大学的一名研究生凝视着海绵的空心尖顶，以收集生活在里面的蠕虫。拉斯利是甲壳类动物专家，他在岩石和瓦砾中寻找小型螃蟹。某种类型的珊瑚礁碎片比其他类型的珊瑚礁碎片更有可能隐藏螃蟹，拉斯利以敏锐的眼光进行了调查，同时注意到与他工作过的其他地方相比，螃蟹的丰度和多样性存在差异。

“我已经成为一名珊瑚礁鉴赏家，”他说。“我去过珊瑚三角区的一些地方，在那里你可以走到半退化的珊瑚礁上，大约每分钟就会发现一种不同种类的螃蟹。在这里，你翻转10块岩石，你可能会发现一种螃蟹。”

保莱是一位多才多艺的人，他什么都收集了一点，同时还密切关注着他特别着迷的巨型光合蛤。回到船上后，大家讨论了其中的亮点，展示了一个又一个令人大开眼界的标本。

“通过这些旅行，我们互相学习，每个人都成为更好的分类学家、更好的生物多样性专家，”保莱在探险期间接受采访时说。“我认为这非常重要。在当今时代，这种人才正在减少。”

到探险结束时，他们已经收集了不少于6000个标本。其中大部分将在佛罗里达自然历史博物馆展出，研究人员将能够在那里研究它们并分析它们的DNA。这项工作的结果将添加到红海已知生物体的名单中，并使像卡瓦略这样的科学家更容易通过进行额外的调查和部署珊瑚礁监测设备来继续记录红海生物多样性。如果珊瑚礁继续减少，这些数据也将成为评估损害严重程度的重要标准，以及未来恢复工作中健康珊瑚礁的模型。

世界上最后的珊瑚礁

红海珊瑚礁仍有一线希望。在过去的几十年里，热带地区的海面温度增加了0.72°F至1.8°F以上。异常温暖的海水通常对珊瑚来说就是死刑。在大多数地区，即使是轻微的增加也足以使珊瑚或内部藻类超出其温度极限，导致共生关系破裂。由于失去了主要营养来源，骨白色的珊瑚慢慢地饿死。

自1963年首次有记录以来，科学家们已经观察到了数千起此类白化事件，而且记录在案的白化事件发生率随着气温上升而不断增加。

预测珊瑚礁未来的模型是严峻的。根据政府间气候变化专门委员会的说法，一个世纪后可能就没有了，除了一个可能的例外。红海北部的珊瑚礁对全球变暖的抵抗力惊人。虽然大多数珊瑚可以承受高于平均水平1.8°F或3.6°F的温度，但红海北部的珊瑚在实验室环境下可以承受高达10.8°F的跳跃。到目前为止，对于现实世界中的珊瑚是否具有相同水平的耐受性还没有达成共识，但这确实表明它们有能力适应。

他们独特的韧性的秘密在于该地区动荡的过去。当最后一个冰河时代后海平面上升时，红海再次重新与印度洋完全连接，适应了这些温暖的热带水域的珊瑚通过泪水之门散开，慢慢向北移动。在亚喀巴湾，这些第一批珊瑚先驱者的后代现在生活在较冷的水域中，但仍然能够在温度峰值中生存，到目前为止，这反映了他们以前的栖息地更南部的条件。

如果不采取任何措施来缓解工业时代的失控气候变化，红海很快就会出现世界上仅存的珊瑚礁。

然而，在此之前很久，他们的健康状况就会开始恶化。最近的研究表明，随着周围海水的升温，珊瑚的生长开始放缓。造成地球平均温度变化的主要原因的二氧化碳也不只存在于大气中。它渗透到世界海洋中，与水发生反应并降低pH值。这使得珊瑚和许多其他海洋无脊椎动物更难获得生长外骨骼所需的钙。

忽略威胁全球珊瑚的所有其他风险，包括石油泄漏、开发和过度捕捞，珊瑚礁最终可能会屈服于水温和养分供应的持续变化。夏季，当来自印度洋的富含营养物质的海水上升到海面并淹没沿海珊瑚礁时，红海南半部会发生翻腾。这种营养物质的涌入本身不足以损害珊瑚礁，但当与极端温度结合时，它可能是致命的。卡瓦略表示，它已经对南部海域的珊瑚礁造成了长期损害。

“我的一些学生和博士后刚刚从吉达以南300公里处的调查回来，那里的珊瑚礁在2015年和2016年遭受了珊瑚白化事件的袭击。现在已经进入2023年，北部珊瑚礁尚未恢复”。

应急工作正在进行中。研究人员在红海中埋入了金属平台，作为珊瑚苗圃。当天然珊瑚礁遭到破坏或遭受小型白化事件时，来自这些苗圃的珊瑚可以用来填补空白并加速恢复。其他研究测试了人工鱼礁有助于增强该地区生物多样性的功效。与此同时，KAUST于2021年启动了一项高科技恢复计划，计划建造世界上最大的珊瑚苗圃设施，每年能够生产40万颗珊瑚。

益生菌是另一种治疗患病珊瑚礁的有希望的药物，其中红海发挥了重要作用。红海北部的珊瑚可能从它们的光合作用伙伴那里获得了对高温的适应力。如果是这样的话，通过使用来自红海北部的虫黄藻益生菌酊剂，也许可以为不同地区的珊瑚带来同样的恢复能力。遗传技术还可能能够提高珊瑚的耐热性，在几十年内完成自然选择需要数百万年才能实现的目标。

但这些选项都不能保证有效。卡瓦略说，我们对未来最好的保险就是保护我们已经拥有的东西。

“与修复工作相关的成功正在变得越来越好，但在大空间尺度上仍然具有挑战性并且成本高昂，”她说。“我们确实需要关注我们能做些什么来保护这些生态系统，并从一开始就防止它们退化。一个关键的步骤是确定当地的压力并减轻它们。”

如果一切都失败了，保莱打算留下一份关于曾经存在的事情的完整记录。他和他的同事曾在中东、东南亚、夏威夷和秘鲁沿海等地进行过海洋调查考察。他已经计划帮助未来在红海进行调查，那里的珊瑚礁目前仍然茂盛。

“我们有这个窗口，直到情况进一步恶化才能了解，”他说。“这类探险就是为了这个。”