黑珊瑚 Antipathella subpinnata (Ellis & Solander, 1786) 及其他生境构建型(anthozoans) 的底质附着研究

《Zoologischer Anzeiger》：On the substrate adhesion of the black coral Antipathella subpinnata (Ellis & Solander, 1786) and other habitat-forming anthozoans

　　

底质附着对于发育大型乔木状群体的海葵目(Anthozoans)至关重要，然而成体附着结构难以研究，且幼虫固着器仍难以获取。本研究利用了地中海黑珊瑚 Antipathella subpinnata 在接触表面时能从成体片段形成新固着器的能力。研究目标是评估 A. subpinnata 的附着能力，评价生物矿化(Biomineralogy)的作用，并确定其他地中海生境构建型(Habitat-forming)海葵目是否表现出可比拟的能力。研究人员在三种实验条件下对五种物种（一种黑珊瑚和四种柳珊瑚(Gorgonians)）的片段进行了长期摄影监测，并利用组织学、光学显微镜和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)分析了附着物的数量、生长和形态。所有物种在接触底质时均表现出形态变化，但只有 Paramuricea clavata 和 A. subpinnata 形成了发育良好的附着物。P. clavata 表现出特异性反应，包括刚性膜、共皮层(Coenenchyma)扁平化、息肉(Polyps)侧向位移、骨片(Sclerite)排出和线状触手。其附着物发育有限，平均仅扩展至初始面积的34%，且骨骼从未到达底质表面。相比之下，A. subpinnata 频繁产生永久性固着器，由覆有棘刺的基部几丁质薄层(Chitinous lamina)组成。这些附着物经历了显著的形态变化，平均扩展至初始面积的73%。本研究为乔木状海葵目的早期附着机制提供了新见解，表明黑珊瑚目(Antipatharians)比柳珊瑚目(Gorgonians)具有更强的骨骼塑性(Skeletal plasticity)。此外，研究首次记录了新形成的海葵目附着物的生长速率，以及黑珊瑚中一种独特的颗粒状骨骼沉积模式。生物矿化偏好仍有待解决。

研究背景与意义

海葵目(Anthozoans)中包含许多永久固着的物种，但其附着机制在学术上鲜有研究。大型乔木状滤食性类群如柳珊瑚(Gorgonians)和黑珊瑚(Black corals)虽分泌有机轴向骨骼并通过扩大的基板(Basal plate)与硬底质相互作用，但成年群体的结构复杂，早期的锚定阶段被数十年的改造所掩盖，而通过定居幼虫获取并监测固着器发育又漫长且困难。鉴于此，研究人员提出利用成体群体片段作为模型来研究早期附着机制，因为某些海葵目会产生自发或机械诱导的可存活片段重新附着到底质。此前有研究显示地中海黑珊瑚 Antipathella subpinnata 的自发自切(Autotomy)会导致片段在多点上附着于底质，涉及息肉失去形状并分泌由几丁质(Chitin)和硬蛋白抗黑珊瑚素(Antipathin)组成的骨骼薄片，并分化出典型的基部棘刺，这暗示了该物种较高的骨骼塑性与无性繁殖潜力。然而，除 A. subpinnata 外，大型群体六放珊瑚和八放珊瑚的自发断裂现象虽有报道，却缺乏对其附着过程的具体表征。理解附着过程对于解释这些生态系统工程师(Ecosystem engineers)的分布与底质定殖成功具有重要意义。基于此，研究人员开展了本研究，旨在调查五种地中海海葵目（ A. subpinnata, Paramuricea clavata, Eunicella cavolini, Eunicella verrucosa, Leptogorgia sarmentosa ）的附着能力差异，量化附着发育，从宏观微观检视形态发展，并评估不同底质生物矿化(Biomineralogy)性质对 A. subpinnata 附着的影响。该论文发表于《Zoologischer Anzeiger》。

主要关键技术方法

研究人员采集自利古里亚海波托菲诺和博尔迪盖拉深水处（63至67米）的 A. subpinnata 群落，以及波托菲诺岬角35米深处和热那亚港浅水森林的四种柳珊瑚（ P. clavata, E. cavolini, E. verrucosa, L. sarmentosa ）群落，转运至热那亚水族馆维持。设置三个实验：实验一设两缸分别置玻璃载玻片与聚氯乙烯(Forex? PVC)板，每物种各两段约15厘米远端片段垂直接触板材监测104天；实验二将 P. clavata 与 A. subpinnata 各五段分置独立缸前接触玻璃板监测129天；实验三将两段 A. subpinnata 分别接触石英岩(Quartzite)与卡拉拉大理石(Carrara marble)板材监测49天。监测采用尼康D7000配60毫米微距镜头定期拍摄，利用ImageJ软件分析面积增长趋势与速率，实验结束后取 A. subpinnata 附着物经固定脱水、冷固化树脂(Technovit 8100)包埋切片甲苯胺蓝染色透射光显微镜观察，及次氯酸钠去除共皮层后镀金钯扫描电子显微镜(SEM)观察超微结构。

研究结果

3.1. Experimental setting 1: adhesion in anthozoans

在104天监测中，仅 P. clavata 在玻璃板上形成三个附着物，约一周内于接触端形成，表现为共皮层(Coenenchyma)扁平化、骨片(Sclerite)重排与吸收、息肉(Polyps)侧移，约一月形成透明刚性膜，轴骨未触底，最大生长率约0.1平方毫米每天，后稳定。PVC板上记录八处附着： P. clavata 一处、 E. cavolini 两处、 E. verrucosa 四处、 L. sarmentosa 一处。 E. cavolini 附着初呈棒状扩张后退化； P. clavata 类似但较弱亦退化； E. verrucosa 仅有轻微扩大且静止； L. sarmentosa 出现微小短暂附着伴尖端坏死。 A. subpinnata 在此混合设置中未形成附着且表现健康衰退与尖端坏死。

3.2. Experimental setting 2: adhesion in P. clavata and A. subpinnata

五段 P. clavata 共产生13个附着物，始于约21天，平均最大面积增加34.41%±3.44%，生长率0.37±0.07平方毫米每天，随后减退甚至小于初始，形态同前含膜形成、轴骨未触底、骨片排出及触手伸长至3.7倍呈线状。四段 A. subpinnata 产生25个附着物，始于初期，平均最大面积增加72.66%±4.07%，生长率0.05±0.01平方毫米每天，持续增大，最大者达初始近50倍。通常由顶端息肉改性失去触手扩展为叶状基板，20至30天轴骨触底分泌薄几丁质板，30至40天现棘刺。组织学证实共皮层下具基部几丁质板带棘，胃皮层层见液泡(Vacuoles)。SEM显示不规则结壳板约2.4×1.6毫米带三角棘高约60微米，板外圈椭圆至圆形微粒带，微粒融合参与棘形成。

3.3. Experimental setting 3: influence of biomineralogy

在49天监测中， A. subpinnata 片段在石英岩与大理石板上均未观察到附着物，接触尖端无坏死，健康状态良好。

讨论与结论总结

研究人员讨论指出，设置一与二对比显示物种间附着成功率差异，混合设置中 P. clavata 占优而 A. subpinnata 受抑，推测可能存在化学干扰如萜类化合物(terpenoids)作为他感化学物质(Allelochemicals)，且自然中观测到 P. clavata 与 E. cavolini 息肉开闭不同步。三种柳珊瑚与黑珊瑚对底质有正向分支反应性，仅 P. clavata 尝试附着另二者退缩或坏死， L. sarmentosa 反应性有限。 P. clavata 附着含刚性有机膜未锚定、骨片排出新现象、线状触手似清扫触手(Sweeper-tentacles)或具攻击功能。黑珊瑚目(Antipatharians)作为海葵目基干类群表现最有效与塑性，归因于组织简单无骨片框架， A. subpinnata 孤立时可产稳固组织附着与真骨骼锚定板分化为棘，起源自顶端或侧枝，可能涉及脱囊细胞(Desmocytes)与根状突，及刺丝囊(Cnidae)特别是螺旋刺丝囊(Spirocysts)。SEM见外圈微球融合几丁质纤维带，颗粒沉积为节能策略，几丁质于几丁质体(Chitosomes)合成聚合N-乙酰葡糖胺(N-acetylglucosamine)组装纤维化并经醌(Quinones)硬化，组织学液泡示酶活性高，共皮层前沿超骨骼板需进一步验证。生物矿化实验无定论，光滑玻璃优于石英岩或大理石原因不明，可能涉及粗糙度纹理菌藻被，受限无重复故不能结论。综上，研究通过长期监测组织学光镜SEM评估五种地中海海葵目附着物数量生长形态，柳珊瑚仅 P. clavata 现非永久附着含膜骨片排触手改性，黑珊瑚 A. subpinnata 确产复杂持久几丁质骨骼固着器，首述其生长率与新形态特徵。