随着气候变化和污染危及珊瑚礁，科学家们正在努力让珊瑚重新在未来的海洋中繁衍生息

珊瑚礁是其中的一些 最古老、最多样化的生态系统 在地球上，并且是最有价值的。他们培育 占所有海洋生物的 25%, 保护海岸免受风暴影响 并添加 每年数十亿美元 通过对渔业、新制药、旅游和娱乐的影响对全球经济产生影响。

如今，世界上的珊瑚礁正在退化 前所未有的利率 由于污染、过度捕捞等 破坏性林业 和 采矿实践 在陆地上。人类活动驱动的气候变化 海洋变暖和酸化, ，触发可能发生的事情 有记录以来最大规模的珊瑚白化事件. 。在这些综合压力下，科学家预测大多数珊瑚可能会灭绝 在几代人的时间内.

我是一个 海洋生物学家 在史密森尼博物馆 国家动物园和保护生物学研究所. 。17 年来，我与同事们共同创建了一个名为“ 珊瑚礁恢复计划 旨在通过利用 冷冻保存科学.

这种新颖的方法涉及储存和冷却珊瑚精子和幼虫，或者 生殖细胞, ，在非常低的温度下并将它们保存在 政府生物​​样本库.

这些储存库是防止珊瑚灭绝的重要手段。如果得到有效管理，它们可以帮助抵消全球范围内对地球珊瑚礁的威胁。这些冻结的资产可以在今天、10 年甚至 100 年后使用，帮助在海洋中重新播种并恢复活珊瑚礁。

安全地活活冷冻

冷冻保存是冷冻生物材料同时保持其活力的过程。它涉及将称为冷冻保护剂的糖类物质引入细胞中，以帮助防止在冷冻阶段形成致命的冰。如果操作得当，细胞可以在液氮中保持冷冻和存活多年，保持不变。

当栖息地的温度降至冰点以下时，许多生物体通过自然冷冻保存来度过自然界的寒冷冬天，北美常见的两个例子是 缓步动物 - 生活在苔藓和地衣中的微生物 - 和 木蛙.

如今，珊瑚冷冻保存技术很大程度上依赖于 冷冻精子 和幼虫. 。自2007年以来，我对许多同事进行了珊瑚冷冻保存方面的培训，并与他们合作成功保存了珊瑚精子。如今，我们拥有来自 50 多种珊瑚的精子 保存在世界各地的生物样本库中.

我们使用这种冷冻精子通过称为“选择性繁殖”的过程在加勒比地区生产新的珊瑚 辅助基因流. 。目标是利用冷冻保存的精子和不一定会相遇的混种珊瑚——这是一种远距离配对。

通过尽可能多地结合不同的亲本来产生新的有性繁殖的后代，从而维持遗传多样性。由于珊瑚被粘在海底，当其所在地区的珊瑚数量减少时，可以通过冷冻保存引入新的个体。希望这些新的基因组合可能具有适应能力，帮助珊瑚在未来变暖的海洋变化中生存。

这些辅助基因流研究产生了 600 个受威胁鹿角珊瑚的新基因组合个体 鹿角鹿角. 。截至 2024 年初，佛罗里达州野生鹿角种群仅剩约 150 只。如果有机会，这些人工饲养的选择性繁殖珊瑚可以显着增加野生鹿角基因库。

保护精子细胞和幼虫是防止生物多样性丧失和物种灭绝的重要手段。但我们只能在以下期间收集这些材料： 短暂的产卵事件 当珊瑚将卵子和精子释放到水中时。

这些事件每年只发生几天，这个时间窗口很小，给研究人员和自然资源保护者带来了后勤挑战，并限制了我们成功冷冻储存珊瑚物种的速度。

更复杂的是，海洋变暖和日益频繁的海洋热浪会给珊瑚带来生物压力。这可能会使它们的生殖材料太弱，无法承受冷冻保存和解冻的严酷考验。

扩大救援规模

为了更快地收集珊瑚材料，我们正在开发一种用于整个珊瑚碎片的冷冻保存过程，使用一种称为 等容玻璃化. 。这项技术仍在发展中。然而，如果完全成功，它将保存整个珊瑚碎片，而不会导致其组织中形成冰，从而在解冻后产生可存活的碎片，这些碎片可以茁壮成长并可以放回珊瑚礁上。

为此，我们将片段暴露于粘性冷冻保护剂混合物中使其脱水。然后我们将其放入一个小铝圆筒中，并将圆筒浸入液氮中，液氮的温度为 负 320 华氏度（负 196 摄氏度）.

这个过程使钢瓶中的内容物冻结得如此之快，以至于冷冻保护剂形成透明的玻璃，而不是让冰晶形成。当我们想要解冻碎片时，我们将它们放入温水浴中几分钟，然后在海水中重新水化。

使用这种方法，我们可以全年收集和冷冻保存珊瑚碎片，因为我们不必等待和观察稍纵即逝的产卵事件。这种方法大大加快了我们的保护工作。

保护尽可能多的物种需要扩展和分享我们的科学知识，以通过多种方法创造坚固的冷冻保存和解冻珊瑚材料。我和我的同事希望这项技术简单、快速且便宜，这样任何专业人士都可以复制我们的流程并帮助我们保护全球的珊瑚。

我们创建了一个基于视频的珊瑚冷冻培训计划，其中包括以下方面的指导： 建造简单的 3D 打印冷冻柜, ，并与工程师合作开发新方法，现在可以冷冻数百只珊瑚幼虫 简单、廉价的金属网. 。这些新工具将使世界各地的实验室能够在未来五年内显着加速全球珊瑚的采集。

保障未来

最近的气候模型估计，如果温室气体排放继续有增无减，世界上 95% 或更多的珊瑚 可能会在2030年代中期消亡. 。这使得保护珊瑚礁生物多样性和遗传多样性的时间所剩无几。

一种已经在实施的方法是将所有珊瑚物种交由人类照顾。史密森尼学会是 珊瑚生物库联盟, 是一项国际合作，旨在通过收集活珊瑚群、骨骼和基因样本并利用最佳科学实践帮助重建珊瑚礁来保护珊瑚。

迄今为止，大约 1,000 种已知硬珊瑚物种中的 200 多种珊瑚物种以及数千个珊瑚群正在世界各地的机构（包括与美国有联系的组织）中接受人类照料。和欧洲武器 动物园和水族馆协会. 。尽管这些是来自野外的克隆，但这些个体可以被放入珊瑚繁殖系统中，用于以后冷冻保存其基因分类的幼虫。或者，它们的幼虫可以用于珊瑚礁恢复项目。

在气候变化减缓和逆转之前，珊瑚礁将继续退化。确保珊瑚礁拥有更美好的未来需要建立珊瑚生物储存库、建立陆地苗圃来容纳珊瑚群落并培养新的幼虫定居者，并培训新的冷冻专业人员。

几十年来，动物园一直使用 圈养繁殖和放归 保护已降至极低水平的动物物种。同样，我相信我们的新颖解决方案可以创造希望，并帮助拯救珊瑚礁，为我们的海洋重新播种今天和长远的未来。

本文已更新，包含 2024 年春季全球范围珊瑚白化事件的进展情况。