蟲黃藻
蟲黃藻(Zooxanthella)是一種與珊瑚蟲共生的單細胞植物。據估計,每mm3的珊瑚組織內有3萬個蟲黃藻,它們與珊瑚蟲互惠共存。
珊瑚蟲要不斷大量繁殖、分泌石灰質骨骼,就要有充足的動物性食物。但是珊瑚蟲生活的熱帶淺海水域中,浮游植物的生物總量不大,這就大大限制了浮遊動物的生物量。珊瑚蟲單單依靠捕食浮遊動物,是不能維持它們的正常發育並繁衍後代的。那么其它的營養來自何方呢?自蟲黃藻發現以來,才找到了科學的答案。
蟲黃藻是在本世紀40年代由日本生物學家發現的。在珊瑚蟲的內胚層細胞內觀察到了很多褐色小球,在有光的條件下能進行光合作用,並能自身進行分裂繁殖,被定名為蟲黃藻,屬於渦鞭毛藻的一種。這個發現很長時間未被接受,直到50年代末,由於許多生物學家相繼成功地把蟲黃藻從珊瑚蟲體內分離出來,蟲黃藻的發現才被正式確認。而且經研究發現,所有的造礁珊瑚蟲都與蟲黃藻共生,而非造礁珊瑚蟲是沒有的,可見蟲黃藻在珊瑚礁建造中的作用並非一般。
迅速生長發育的造礁珊瑚蟲需要大量的O2,一部分從海水攝取,另一部分則靠蟲黃藻提供。蟲黃藻依賴陽光進行光合作用,它從珊瑚蟲那裡獲得光合作用必需的CO2和N、P等,這些都是珊瑚蟲的代謝產物,珊瑚蟲則靠蟲黃藻補充O2和碳水化合物;加速骨骼的生長。它們之間這種互惠的關係已較早被人們的研究所證實。但蟲黃藻作為珊瑚蟲的營養源到70年代才得以證實。蟲黃藻本身並不能為珊瑚蟲直接吸收,但蟲黃藻在光合作用時合成的有機物,能分泌到細胞外供珊瑚蟲營養。這種有機物是以甘油和三甘油酯的形式存在,很容易被珊瑚蟲吸收。這個研究成果,對珊瑚礁海域的能量轉換,生態平衡給予科學的解釋。
蟲黃藻不僅供給珊瑚蟲O2和營養物,而且與珊瑚蟲的石灰質骨骼的形成密切相關。有人作過這樣的實驗:將蟲黃藻從珊瑚蟲的身體內全部分離出來,並在人工條件下供給珊瑚蟲O2,結果珊瑚蟲雖然能活下來,但其骨骼得不到正常的發育。其原因是珊瑚蟲在代謝過程中排出的大量碳酸氣(CO2)妨礙著骨骼的增長,蟲黃藻卻有迅速解除CO2的功能,從而促進珊瑚骨骼的形成。更為奧妙的是,生物學家對蟲黃藻直接參與珊瑚蟲造骨的報導。蟲黃藻在代謝過程中也排出CO2,它以CO32-的形式存在,並與Ca++合成珊瑚的骨骼。鈣化作用是在珊瑚蟲外胚層中進行。來自消化循環腔內水中的Ca++與CO2結合生成CaCO3,它在高爾基扁囊內,然後分泌到體外,逐漸形成骨骼。骨骼通常粘結在石灰質基岩上,隨著珊瑚蟲個體的迅速繁殖,骨骼也堆積得越來越多,相互粘連,不斷地水平向外,又垂直向上擴大範圍,形成骨骼再加上沉積物,便產生各種珊瑚礁。如鹿角珊瑚、石芝、腦珊瑚、蚓珊瑚等。
還有一種現象也是由於蟲黃藻的作用而發生的。不論是樹枝狀、平展狀、花瓣狀等各種不同類型的珊瑚,都象植物一樣向著見光的面向上向周圍擴展,光照越好的部位發育得越好,相反則是水平擴展的珊瑚種類,其背光的一面即使有充裕的空間,珊瑚蟲也不向這方向發育,它們只沿著見光的方向擴展,這都是由於蟲黃藻在有光條件下光合作用進行得充分的原因。
珊瑚的分布
珊瑚的垂直分布也是由於蟲黃藻在珊瑚蟲體記憶體在的緣故而決定的。所有造礁珊瑚的垂直分布僅限於深80m以內的淺海,作為植物的蟲黃藻只有在見光的條件下才能進行光合作用,釋放O2,製造有機物為造礁珊瑚提供O2和營養。但水深超過了80m,光線很弱,蟲黃藻在這種深度下光合作用太微弱或者根本不能進行,珊瑚蟲在這種條件下也就停止發育,有的也就是勉強維持生命而已。所以只有在陽光充足的淺海水域,尤其是在10~20m水深度光合作用強烈,珊瑚才得以充分的發育,加速珊瑚骨胳的形成,從而造就出珊瑚礁。
可見沒有蟲黃藻的存在,珊瑚蟲造就珊瑚礁是不可能的。雖然近來又有學者報導珊瑚蟲的營養源還有懸浮的有機物,但均否定不了蟲黃藻與珊瑚蟲互惠共生的重要性。生物界共生的現象是常見的,但象蟲黃藻與珊瑚蟲這種獨特的共生關係所創造的奇蹟——珊瑚礁卻是獨一無二的。