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引言:在DOC、TOC、珊瑚细菌与珊瑚健康间的似是而非的联系 ????

世界上的珊瑚礁因捕鱼、旅游与保护海岸而产生的经济效益每年大约是3750亿美元(Costanza,1997)。不幸的是,在世界的很多区域中珊瑚礁正在死亡。比如,加勒比海域在过去30年里遭受了失去80%珊瑚的打击(Garder,2003)。这些相关联的事实,促使人们努力做两件事情:找出导致珊瑚礁消失的原因,并进行可能的干预。虽然自然界发生的冲击也不能被排除在外,但闯入珊瑚礁生态系统的很多人类活动已被视为导致热带珊瑚死亡或紧迫的原因。所有的研究活动都聚焦在造礁珊瑚的生态意义以及它们对环境改变做出的反应。很多观察到的珊瑚遭难/死亡的情况,都可以在没有好好规划或者管理过程中出了偏差的珊瑚缸中重现。因此,要保持我们的家庭珊瑚缸中精心培养的娇贵生物的健康并维持其生命,依然是很大的挑战,尤其是在缸龄增加和废物积累的情况下。 ????

可喜的是,有一大堆的信息可以被勤奋的鱼友拿到并提供帮助,尽管这些信息中有的是传闻、有的经过了严格的实验验证。与成功地管理珊瑚缸相关的很多(或者说大多数?)标准数据已经被确认。光照、造流、温度、喂食等等,都可以通过几种不同但有效的方法解决。维持水质化学参数可能麻烦一些,重要且微量的水中物质在消耗/去除与生产/添加之间需要保持平衡。但不管怎样,主要元素/化学成分的可接受范围已经被规范化了,监视和维持盐度、碱度、钙、镁、锶、碘、硝酸盐、氨、磷酸盐等成分的必要方法也为大家所知,而且容易实施。但是,上面列出的海水成分中遗漏了一种值得关注、而且可能相当重要的角色:碳。 ?溶解态有机碳(DOC)、颗粒态有机碳(POC)、总有机碳(TOC)是什么? ??? 这里所说的碳是很复杂的词汇,指的是包含碳元素的化学物质,既包括溶解在水里的,也包括以微粒状悬浮在水中的(包括单细胞生物)。这些碳源被合称为总有机碳(TOC)。DOC和POC的区分是比较生硬的,直接依据商用过滤材料的性能。

目前,DOC的操作定义是能否通过过滤材料的0.2mm微孔。那些不能通过的含碳物质包括大部分细菌和单细胞生物,就被作为POC(Benner,2002)。 ??? 溶解态和颗粒态的有机物合称为“海洋的温床”,这是为了称赞它们对整个海洋生态系统的基础作用(Ducklow, 2002)。它们是海洋微生物的食物来源,整个海洋食物金字塔就坐落在这些能量源上。海洋中97%的有机物形态都是DOC,衡量一下海水中的DOC总量将产生令人惊愕的数字:650~700 x 1015克碳!这个数字与空气中的总碳量(CO2形式)有相同的数量级(约750 x 1015克)(Hedges,2002; Benner,2002)。 这些DOC的组成依然是神秘的,因为区分和识别其种类是相当困难的。但是,借助现代分离技术和复杂的识别方法,已经取得了一些进展。这个大范围的生物代谢物的某些成分已经被鉴定出来,DOC成分的最佳估计大概是这样的情况:
  • 约6%的DOC来自于二聚糖,包括葡萄糖、半乳糖、海藻糖、甘露糖以及木糖;
  • 约3%来自于二聚氨基酸,包括氨基乙酸、精氨酸、丙氨酸、苯基丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天冬氨酸......等等;
  • 约1%来自二聚氨基糖,包括N-醋酸基葡萄糖胺、N-醋酸基半乳糖胺;
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这样,只有大约10%的DOC可以被常见的生物化学分类所量化。剩下的90%依然不能识别。这些不被了解的碳源主体被称作“海洋腐殖质”或“不溶性碳”,但这些称呼不能提供任何有用的化学标识。实际上,即便是上面列出的DOC中被称为碳水化合物或氨基酸的东西也让人误解。这些物质起初是聚合物形态,然后很多氨基酸连接成长链形成缩氨酸或蛋白质,接着很多单个的糖分子吸附到长链上,形成低聚糖。只有经过酸催化水解过程,这些聚合体才会被分解成单个成分,被识别成上面列出的物质形态。图1示意了这些物质作为单体和聚合物链的某一部分的情形。海水中DOC主体部分的代谢时间从数小时到数周不等,残余物最终落入深海,C14年代测量技术显示其年龄在4000到6000年之间。

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图1

在看图1画出的化学结构时,需要强调的是一些其它元素对构造生命细胞也是必须的。不同生物的碳比例(干重)已经被测量和计算过,一些例子的可靠数据是:底栖无脊椎动物是30~49%的碳,浮游无脊椎动物是45~50%的碳,人类是20%的碳。这样,化验时测量到1ppm的碳,有机物质的实际质量应该在2~3.3ppm之间。 ??

热带珊瑚海中碳的自然水平是多少?深海中呢? ??? 海洋中的有机碳(DOC和POC)测量具有很长而且有趣的历史。最先出版的资料是Natter在1892年做的,自那之后,这个题目一直是海洋化学家的目标。从富含盐分与无机碳的海洋中检测小量的碳,已被证实是个让人烦恼的挑战,但也获得了很多方法。虽然1960年代就出现了“土办法”版本的关键设备,但直到1990年代随着商用仪器的出现,才有了目前“最好”的方法。这个方法叫高温氧化燃烧(HTOC),意思是:灼烧试样中的所有有机物,让碳变成CO2,然后用合适的探测器测量新产生的CO2。尽管采用了先进的方法,但高级仪器的自身测量误差问题困扰着获得海洋DOC水平有用数据的早期尝试。1991年的会议以及后续的跟进,调整了该方法中的试样准备,并制定了合适的自身测量误差处理方法。 ????

可选的商用仪器是Shinadzu5000型TOC分析仪。这种仪器发布之后,发表了很多的珊瑚礁与公海的DOC、POC以及TOC的可信数据,参见表1。深海TOC通常可接受的范围大约是0.45~0.60ppm,与采样位置关系不大。在珊瑚礁区域,DOC(与TOC)数值明显地大一些。即便是这样,从南太平洋到日本再到加勒比以至红海的珊瑚礁的DOC也是相当连续地分布在0.7~1.6ppm之间。在波纳佩岛某些地点的反常的高数值是因为地貌走向(污染),类似于东京湾和佛罗里达湾的高数值。因此,健康旺盛的珊瑚礁水域中的碳含量表现为比较一致的1.1±0.4ppm。这些珊瑚礁,至少是在南太平洋中的,是包含了构成水族箱的生物(珊瑚、鱼以及其他生物)的典型生态系统。

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珊瑚礁环境中什么生物产生碳?什么生物消耗碳? ??? 珊瑚礁环境中,DOC的主要消费者是异化细菌(不能自己制造食物)。这些细菌可以生活在水中或附着在底床、碎屑、珊瑚以及其它底栖生物上。细菌是海洋食物链中的关键角色,它们在能量从源头(就是阳光)向珊瑚礁消费者传递过程中扮演了“中间人”角色。阳光的照射通过促进水中浮游植物与造礁珊瑚体内的虫黄藻内的光合作用,启动了能量循环,光合作用借助阳光,把CO2形式的无机碳固定成有机化合物,最终形成碳水化合物。虫黄藻和宿主珊瑚又对这些碳水化合物进行化学合成,分泌成珊瑚粘液(多糖、氨基酸、脂肪等的复杂组合)。粘液中的碳水化合物和氨基酸作为细菌与其它微生物的食物,而这些细菌与微生物是海洋食物金字塔的底座。珊瑚礁其它的居民,包括寄生了虫黄藻的珊瑚,以这些富含能量的微生物为食(或者说,以吃这些微生物的生物为食,这样无限循环),这样使得珊瑚礁食物链能量循环一直持续。除了珊瑚,海绵也是一批富含海洋细菌的储藏室。实际上,有些海绵因为它们超群的TOC吸收能力,已经被作为海水养殖中的有效净化者而被研究。 ????

DOC从哪里来的?浮游植物是主要贡献者,一种有意思的假设被提了出来,即:DOC的释放,是营养物质不能满足生长需要时通过光合作用产生的“固碳”之多余部分被处理掉的一种形式。像前面讨论的那样,珊瑚礁中DOC的主要制造者是珊瑚自己。根据某些相当创新的碳平衡计算方法,Sorokin曾经估计典型珊瑚礁水域中的碳大约有20%是珊瑚粘液产生的。另一个独立的研究给出类似的数据:珊瑚礁群体代谢的TOC中有10~20%是珊瑚粘液贡献的。Johannes在不同地方、用不同估算方法,把这个数值估算到大约2%。即便考虑到这些数据因为所作假设不同而出现很大的误差条线,珊瑚对珊瑚礁水域有机物的贡献也是惊人的,并可由此推及我们的珊瑚缸系统(是否密度过大?)。 ????

几个额外的证据支持了珊瑚通过粘液分泌物让珊瑚礁充斥了DOC的说法。例如,在库拉索岛附近珊瑚礁中,围绕Montastraea faveolata和Madracis mirabilis珊瑚表面的水的DOC测量数值(约2.28ppm)比附近的珊瑚礁海水(1.60~1.94ppm)要高。在另一项(实验室内的)研究中,观察到Galaxea fascicularis每天早上和下午以持续一小时的时间制造出DOC浓度峰值。喂食卤虫的珊瑚植株分泌制造的DOC峰值比不喂食的要大:喂食的盔形珊瑚,在5升容器内可以把DOC从1.2ppm基础数值升高4.8~20.4ppm,没有喂食的则只能在制造DOC峰值时把基础数值升高一点儿。在两种情况下,在DOC峰值后的2小时内,容器中的DOC水平都降低到基础数值。碳平衡计算方法认为,大约11~14%的光合作用固碳量以DOC形式释放,这是一个与以前的很多研究相吻合的数值。 ????

在盔形珊瑚停止释放之后DOC去哪里了?碳14标定研究认为,DOC是被珊瑚体内与表面上的细菌而不是被水中的细菌消费掉了。用抗菌素抑制了珊瑚体内的细菌后,DOC的吸收也停止了。 ??? 在后续的实验中,Ferrier-Pagès 和他的同事扩展了实验内容,在他们的实验用的珊瑚缸里放了种类丰富的珊瑚。柱状珊瑚、鹿角珊瑚、蜂巢珊瑚、盔形珊瑚和肾形真叶珊瑚放在一个实验缸里,微孔珊瑚、蜂巢珊瑚和肾形真叶珊瑚放在另一个独立的缸里,第一个缸喂食微小浮游生物,第二个缸喂食海洋细菌。两种情况下,在喂食的2~7小时后,DOC比基础数值增加了5~13倍。2小时后这种DOC暴增会平息下来,DOC降到喂食前的水平。对比实验缸(没有珊瑚)中在试验期间没有发现DOC的波动。Means和Sigleo报告说轴孔珊瑚上有同样的现象。结合所有这些,喂食珊瑚与DOC产生后又被消耗之间存在的关联现象,跨越了大量珊瑚种类以及食物类型,可以说明这种现象的普遍性。事实上这种观察结果可能预示了一种假设:珊瑚通过控制DOC形式的食物来主动调节它的细菌种群的数量和结构。 ????

珊瑚与它们的关联微生物之间明显存在的紧密联系,至少是在一定程度上通过DOC的产生/消费来控制的,这说明这些细菌种群的整体“健康”程度,也许会对珊瑚自己的综合健康产生影响。这个理论已经被Rosenberg加以扩展,称为“进化的全息基因理论”,这个学说认为,宿主生物(就是珊瑚)和它的关联微生物(细菌、虫黄藻等)应当被看作进化的单一个体——全息生物。对比考虑细菌的繁殖时间(几分钟)和珊瑚的繁殖时间(几个月、几年?),这种看法的价值就体现出来了。通过基因突变和水平基因传递,共生微生物的基因信息可以比宿主珊瑚更快地改变,保证全息生物更快地适应环境条件快速改变引起的自然选择。珊瑚粘液层中测量到的细菌种群数量是珊瑚周围水体中的100~1000倍,支持了上述观点。

另外,Lajeunesse的工作已经证实珊瑚种类与它的关联虫黄藻(共生藻)的进化分支有相关性,这种关系对进化压力很敏感。相似的情况还有,在不同地理位置的同种珊瑚上可以发现差不多的细菌种群构成,而相邻的不同种珊瑚上,细菌种群却有很大的不同。换句话说,一些证据揭示,环境变化程度(比如深度、污染)决定了细菌种群。这样,虽然说珊瑚与细菌的关联性毫无疑问地会非常复杂而且涉及因素很多,但珊瑚与微生物之间的选择性的某些衡量,表达了共生微生物与宿主之间存在目的性很强的相互匹配。我们鱼缸里的珊瑚与关联微生物之间的关系也跟被研究过的珊瑚礁珊瑚一样吗?初步的证据证明,鱼缸中的石芝珊瑚上的微生物种群,事实上与野生的同一种珊瑚有很大差别,这足以引起我们的兴趣(Kooperman,2007)。作者认为,这种差别反映了珊瑚全息生物体对环境的适应能力。推测珊瑚主动控制它们的细菌种群来获得生存优势是很有意思的,分泌DOC可能是让控制得以实现的一种机制。这方面的某些正面的间接证据也曾被记录过。

例如,不同的藻类提供不同的DOC成分,这些成分的不同之处明显地与不同细菌种类的扩充有关系。更特别的是,对同时含有假交替单胞菌(P)与交替单胞菌(A/C)的海水试样进行实验室处理,提供不同的碳水化合物和氨基酸组合,结果因为碳源输入的不同引起P/AC比例的明显差异。最终,从这些观察结果可得出这样的猜测:(1)不同种类的珊瑚,其粘液含有不同的化学成分;(2)水中的不同遗传学变型——珊瑚产生的细菌随着珊瑚的不同而不同。(1)与(2)关联是确定的吗? ??

在珊瑚缸里有机碳对珊瑚健康有什么作用? ??? 如果DOC是珊瑚全息生物体用来控制和维护微生物的因素,那么当有些事情不对头时会怎样?在加勒比海部分区域以至全球都在发生珊瑚礁崩溃和灭亡的背景下,这个问题目前成为珊瑚全息生命体研究的前沿领域。一些例子显示,一些珊瑚病理与某些珊瑚的微生物群发生问题有关系。最好的研究案例可能是地中海珊瑚Oculina patagonica的白化。白化是由感染Vibrio shiloi细菌直接导致的。是这种细菌入侵后消灭了当地生物,还是这种细菌一直存在只是以前处于劣势,尚不得而知。但不管是哪种情况,细菌一旦出现后,升高的水温启动了Vibrio shiloi细菌的一系列生物化学过程,最终导致宿主珊瑚的白化。这种对Oculina patagonica珊瑚白化的解释最近受到了挑战,另一种假设认为不需要细菌的入侵(Ainsworth, 2008)。 ????

Rohwer和同事最近发表了两篇挑战性的论文,试图把DOC水平与珊瑚全息生命体中的细菌种群水平联系起来,并最终联系到珊瑚自己的健康(Kuntz, 2005; Kline, 2006)。在实验室里用5mg/L(相当于2ppm的碳含量)的乳糖(二糖)处理三种珊瑚断枝,结果30天后杀死了大部分Agaricia tenufolia种的珊瑚,但是没有引起另外两种珊瑚的死亡。但是,用25mg/L的乳糖(相当于10ppm的碳)进行类似的30天处理,导致几乎全部的Montastraea annularisAgaricia tenufolia死亡,但是Porities furcata没有一点事儿。把实验模型扩展到其它碳源,结果是类似的。Porities furcata对这些过程的适应能力并不让人意外,因为这棵珊瑚已经适应了远离原始状态的环境,承受过温度、盐度、沉淀的大范围波动。注意到这个例外后,这些实验第一次揭示了确凿的证据,证明珊瑚暴露在与海洋DOC有关的碳水化合物中的结果是死亡。 ????

加入碳水化合物与珊瑚死亡之间的生物化学联系是什么?升高后的碳水化合物水平,代替DOC控制了珊瑚粘多糖层下面的微生物生长速度的数量级。有趣的是,对取自几种珊瑚的粘多糖层下面的细菌进行培养后制成细菌球,然后向实验缸里的M. annularis珊瑚上滴加,可以直接杀死这种珊瑚。这种处理方式就是瞬间提高珊瑚细菌的种群数量,它没有引入任何新的致病细菌。而且,因滴加碳水化合物导致濒死的珊瑚表现出的病理症状很像几种细菌引起的珊瑚斑带病。这些间接证据促使Rohwer等人推测碳水化合物引起珊瑚全息生命体内的细菌构成出现失衡,这种平衡的偏离导致了死亡。细菌增殖引起珊瑚死亡的机理还有待于解释,该关键问题得到解决后,才能让这种有意思的推测获得更多进展。不管怎样,观察到的证据能够支持DOC水平升高后引起的细菌种群增加与珊瑚死亡之间的必然联系。 ????

DOC水平与珊瑚健康之间关系的任何讨论,如果不提及到目前流行的向珊瑚缸添加碳源(伏特加、糖、醋等)的做法,将是不全面的。在这种管理技术背后的逻辑起源于一种想法:这些化学物质引起的DOC增加,促进了细菌的生长,而细菌的生长接着推动了水中含氮磷的营养物的排出。增加的细菌群可以通过高效的蛋分排出去,对鱼缸里不想要的营养物(氮、磷)进行净排出。Glassbox-Design的Eric开发了一个标准配方:200ml的80度(译注:这里的酒精度单位是Proof,80 proof相当于40%/Vol)伏特加、50ml的醋和1.5大汤匙的糖,混合在一起。使用这种混合物的推荐添加方法是:从每天0.1ml/20加仑开始,慢慢增加到维持剂量每天0.5ml/20加仑。这个碳添加量与Rohwer的添加(碳水化合物)量相比是什么情况?实际上,Eric方案的维持剂量相当于把鱼缸水中的碳提升了1.1ppm。Rohwer采用的导致30天后珊瑚死亡的碳添加量在2~10ppm之间。因此,Eric的配方看起来离错误添加量的距离不太远,2~3倍的过量添加就会导致珊瑚死亡。 ??

碳成分的失衡会是珊瑚缸崩溃的原因吗? ??? 看起来健康的珊瑚缸里却有大量珊瑚奇怪地死亡,这仍然是这个爱好中令人困惑且打击信心的事情。珊瑚论坛中都会频繁出现这样的帖子,开头是“救命!我的缸正在崩溃中,珊瑚正在死去,但是我测量的水质参数都在期望的范围内。怎么回事?”是某种原因引起的DOC升高导致或诱发了珊瑚损失吗?还是DOC的增加引起珊瑚共生细菌群的失控生长、导致珊瑚全息生物体中细菌这种组成部分的严重失衡?这些问题眼下还不能回答,因为海水缸里的DOC(或TOC)水平的数据完全缺乏。这样一来,类似于成功海水缸中基础TOC水平这样的基本数据,以及在适应不同刺激因素(缸里的生物、喂食、不同的管理技术、加减蛋分、加减GAC、加减臭氧等)时这些含量是怎样改变的,均没有被记录过。只有在广泛且全面的海水缸DOC(TOC)数据库被建立后,才有可能评判DOC水平对珊瑚健康所具有的意义。 ????

下面介绍获取一些这类数据的第一次尝试。 ??

我们的珊瑚缸准确模拟了旺盛的珊瑚礁的自然碳含量吗? ????
繁荣旺盛的珊瑚缸中的DOC与TOC水平尚未被准确可信地记录过。但是,对于评估DOC/TOC会影响封闭环境中的生物尤其珊瑚的健康这个假设,这类信息是相当重要的。从那些用不同方法建立和管理的鱼缸中测到的DOC/TOC数值,可以部分地反映“鱼友风格”及其成果(珊瑚的健康情况)之间的关系——这个成果可以反映水中的碳含量。为了达到这个目标,在作者的珊瑚缸里进行了一系列初步的研究。我们把TOC而不是DOC作为测量参数,是基于这样的考虑:要测量DOC,

(1)需要对鱼缸的水样进行过滤以便先去掉POC。其它的研究者发现这种过滤会导致水样被碳污染。从这一点来说,对照实验显示要采取措施去除这种误差影响基本上不具操作性。
(2)排除POC成分,但它却是食物源,
(3)提供不了更多的有用信息,因为在任何情况下DOC都占到TOC的95%以上。

Shimadzu-5000型TOC分析仪——测量珊瑚礁海域TOC/DOC数据时用的仪器,也在这些实验中被使用。记录下来的每个数据点都是一分钟内进行的三个独立测量数据的平均值。 ??? 实验方案:每个水样的获取都是先把预先冲洗干净的40ml小瓶(VWR目录编号15900-022)放到水面下6英寸处,然后翻转小瓶让水灌满它。鱼友之间有些讨论,认为鱼缸表面会从气水界面上收集有机物,但我们测量了水面、水下6英寸与24英寸深三种不同水样的TOC,没有发现这种假设的证据。小瓶立即被取出,用特氟隆薄膜塞子盖紧,进行编号后立即用铝箔把塞子紧紧包住,防止灰尘落在特氟隆薄膜上。

小瓶接着被放到-23摄氏度的冰冻箱中以便迅速冻结其中的成分。实验用的小瓶被一起放在温水里解冻,在从冰冻箱取出后的60分钟内用Shimadzu分析仪测量。清洗空瓶用的是18.2M的超纯净水,所有水样的读数中都减去空瓶的TOC数值。空瓶的典型数值约在0.12~0.25ppm之间。使用Shimadu仪器的经验告诉我们,空瓶的碳来自于燃烧管自身的残渣,而不是来自18.2M的水。这样,减去空瓶的数值就是合理而且必要的。TOC分析仪给出的ppm碳数值基于氢钾肽酸盐的校准曲线,其范围是0.5ppm~11ppm碳含量。使用这种特殊的校准化学物质以及准备校准曲线,是Shimadzu-5000的标准操作程序。每个试样分别做3~5次独立的分析,直到TOC数值分布落在预设的范围内。

图2是典型输出的例子。

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在为期一周的时间里对作者缸里的TOC以及同时的ORP进行测量。这个缸是Oceanic的前弧形缸,有底缸,一共167加仑的水。这个珊瑚缸里的生物可以从图7、图8中看到。在试验期间没有发生生物的变化。在实验的第0小时,换水17%,然后一天里分几次取水样(每次三份),一共7天(直到第二次换水)。图3示意出了照明时间表。照明由2个400瓦Geismann的14K卤素灯泡和1个175瓦Iwasaki的15K灯泡。除了大量喂食之后2小时这段时间外,连续运行一个H&S A200/1260蛋分。钙反和UV灯连续运行。水温通过加热棒和冷水机保持在75~77华氏度之间。水循环包括:用于底缸回水的SeaSwirl,两个Vortek MP40w泵和一个Tunze6100泵。

在图3的图表中,喂食时间标记为F1(大量喂食)或F2(少量喂食),实际的食物如图4所示。鱼类吃大块肉食,而浮游植物、浮游动物以及桡足类生物的微粒更适合于滤食性无脊椎生物的饲喂要求,包括LPS和SPS。大量喂食时,鱼类1~3分钟内就吃掉了他们的那一份食物。少量喂食时的食物,主要是由C.interruptus用大约10分钟时间消费掉。

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即便粗粗看一下图3显示的数据,也能立即得到5个结论:
(1)TOC随着添加食物而变化,大量喂食后的6~9小时达到最大值。
(2)所有TOC数值在一个范围内波动(约0.7~1.4ppm),这与热带珊瑚礁观察到的数值相吻合。(3)TOC与ORP之间不存在有价值的关系。
(4)照明周期看起来不影响TOC水平。
(5)看起来只有大量喂食才会明显影响TOC水平,少量喂食时,使用的食物因颗粒大小并不适合珊瑚、细菌和其它滤食生物直接食用,对TOC水平没有可测量的影响。在它们有机会到达食物链的更底层之前,就被Interruputs快速吃掉了。 ????

透过上面的内容,考虑一下大量喂食后TOC的上升与下降,有两个有趣的问题浮现出来。Ferrier-Pagès在他的实验系统中为这些话题提供了引导。 ????
1、出现在喂食之后的TOC峰值的根源是什么? ????
2、TOC峰值之后,TOC下降的根源是什么? ???

出现在喂食后的TOC峰值的根源是什么? ????
在Ferrier-Pagès和Means各自独立实验的几种珊瑚上,发现在喂食和DOC上升之间有一个延迟,所以猜测这是第二次有机分子释放而不是最初的食物颗粒引起DOC的上升。按照类推论证,我们认为作者缸里的TOC峰值也不是食物本身造成的。与这种解释相符的是观察结果,
(a)水样中没有食物颗粒的可见证据,
(b)大量喂食后立即在2~3小时内测量TOC,期间TOC没有显示出升高,实际上这段时间里TOC在轻微地下降。只是在大约6~9小时后TOC出现峰值。在Ferrier-Pagès的研究中记录了同样的延迟。不管是Ferrier-Pagès的缸还是作者的缸,在喂食和TOC上升之间的几个小时延迟与珊瑚把食物转化成DOC排放的代谢过程相一致, DOC排放的标记是珊瑚粘液的分泌。在Ferrier-Pagès的实验中,缸里生活的其它生物也对DOC的排放有贡献。 ??


峰值过后TOC下降的根源是什么? ??? 喂食后TOC出现峰值然后又快速下降让我们想起Ferrier-Pagès的各种珊瑚的行为。实际上,TOC数值在确定的数小时内降回到喂食前的水平,体现在Ferrier-Pagès的研究(约2小时)和我们的“生命中的一周”研究(<10小时)中。Ferrier-Pagès把他的实验观察结果看做DOC被珊瑚细菌消费掉的证据。另外,Rohwer的碳水化合物添加实验也间接支持了这样的看法:作者缸里的珊瑚细菌是TOC的主要消费者。 ????

从另一方面说,作者缸里的TOC降低也可能是因为H&S-A200的蛋白质撇除使得营养物被排出,蛋分在Ferrier-Pagès的实验中不存在。TOC是被珊瑚细菌以及其它为生物消费掉了?还是被蛋分以物理方式排出了,哪怕只是TOC的一部分?参考Ferrier-Pagès的实验,没有必要理会蛋分的作用。TOC的下降主要是由于珊瑚细菌的食用。但是,或许蛋分也对TOC下降有贡献?这个问题可以由图5和图6所示的实验来回答。 ??? 图3的数据是基于常规鱼缸维护条件的,包括大量喂食后的2小时内蛋分是关闭的。为了重点研究蛋分本身降低TOC的能力,关闭/打开蛋分的一对实验在连续两天里进行。

第一天,向缸里大量喂食并在2小时内每15分钟检测一次TOC水平。喂食和测量的这2小时内蛋分是关闭的。

第二天,在喂食和其后测量的2小时内蛋分是打开的。两种实验条件下TOC曲线非常相似,如图5。两种情况下TOC水平都升高了,但是蛋分开着的时候,TOC升高的相对比例只有蛋分关闭时的一半(22%对45%)。两种情况下,在实验的2小时内都没有出现TOC的明显下降。基于这些数据,蛋分确实具有在实验初期排出一些TOC的可能,但这种影响不明显。这些实验中的TOC数据只是覆盖了一个时间段(喂食之后的头2小时)而不是整个“生命的一周”实验期,所以,不能得出这些数据与整个实验周期数据相类似或者相偏离的结论。

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图5

?图5中显示的数据让人好奇而且违反直觉,因为蛋分在降低TOC上起到的作用非常有限。然而,这种短期实验可能只提供了蛋分功能的不完整画面,在更长的时间里检测无蛋分条件下的TOC水平,可以为蛋分的作用提供更确定的证据。因此,蛋分关闭的实验被再次进行,连续24小时采集数据,如图6。大约30分钟后TOC上升到峰值(50%的增长),然后在1小时的标记点开始下降。总的来看,这些数据明确地表明,H&S蛋分对于降低鱼缸水里的TOC来说是不必要的。明显地,自然的生物处理足以在4小时后把喂食后的TOC水平降回到喂食之前的水平。在6小时标记点后有个峰值,类似于周实验中大量喂食后在6~9小时出现的TOC增加。在这个峰值之后,在12~24小时标记点TOC降回喂食前的水平,周实验的数据中同样有此现象。这样,喂食后的TOC下降可以解释为TOC被消费掉而不是被蛋分排出去。蛋分对TOC下降有作用,但是数据中不需要考虑它。很显然蛋分做了一些工作,一周结束时收集杯里积累了丰厚的渣子。

但是,可能这些渣子是喂食或光合作用产生的、在全部TOC负载中占的比例相当小而且无足轻重。如果蛋分去除TOC的能力比表现出来的要强,鱼缸里的TOC将降到表1定义的“健康珊瑚礁”区域的水平之下,进入到深海的“贫营养”区域——这是个不适合珊瑚的环境。那种TOC下降对珊瑚全息生命体来说将是灾难,因为TOC在0.7~1.6ppm的范围里才能让珊瑚保持旺盛。这种煽动性的臆测实实在在地提出了一个问题:“有必要买一个杀手级蛋分吗?或者说,便宜和小巧的蛋分同样可以把TOC保持在适合鱼缸珊瑚和其它生物的水平吧?”

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参与实验的鱼类

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