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该研究由昆士兰大学的彼得·芒比教授（Peter J. Mumby）团队主导，研究地点为密克罗尼西亚的帕劳海域，目标物种是分布广泛的桌形轴孔珊瑚（Acropora hyacinthus）。研究人员测量了这些珊瑚在自然环境下的受精成功率，结果显示：当珊瑚之间距离小于0.5米时，受精率平均达到30%；而当距离扩大到10米时，受精率迅速下降至不足10%；当距离达到15~20米时，受精率几乎为零。
2024年3月26日（第一夜）和3月27日（第二夜）桌形轴孔珊瑚（Acropora hyacinthus）的产卵行为。上图中有几个部分，首先是（A）部分，显示了漂浮卵容器在漂流约1小时后的收集点。接下来是（B）部分，展示了珊瑚产卵强度的变化趋势。最后是（C）部分，使用荧光染料跟踪精子的方向，这些实验在与第二夜相同的潮汐和风速条件下进行。图中的橙色圆圈标记了带标签珊瑚的释放点，精子的方向也在（A）部分进行了标示。图源：P.J. Mumby等人(2024)
该研究团队认为，气候变化引起的珊瑚白化和死亡，正在使珊瑚个体之间的距离拉大，繁殖成功率随之下降，威胁种群的长期存续。这一发现为珊瑚礁保护和生态修复提供了明确目标：通过监测关键区域的珊瑚密度，并实施科学的生态修复措施，将分散的珊瑚重新连接，使其密度恢复到繁殖所需的临界水平，从而保障珊瑚种群的健康与延续。
阿利效应在珊瑚群落中尤为明显。例如，当珊瑚个体间的距离超过繁殖所需的临界范围时，受精成功率会显著下降，甚至接近零。这一现象不仅限制了珊瑚种群的自然恢复能力，也加剧了受气候变化影响的珊瑚礁生态系统的脆弱性。就像本文中提到的这样，科学家可以通过研究阿利效应，来评估物种的最低密度需求，为生态保护和物种修复提供科学依据，帮助受威胁的种群重建健康的生存环境。
斯米兰群岛潜水时所摄的珊瑚礁和海洋生命。摄影师：车车Joe）| 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）
这种现象在许多动物群体中都存在，尤其是在海洋无脊椎动物中，比如珊瑚、海胆等。就拿澳大利亚的大堡礁的珊瑚来说，每年都会在特定的夜晚进行大规模的同步产卵，形成壮观的海洋景象。对于珊瑚而言，产卵同步性尤为关键，因为它们的受精过程通常发生在外部水域，卵子和精子需要漂浮在海水中结合。但当珊瑚个体之间的距离过大或种群密度过低时，即使同步产卵，受精成功率也会大幅下降。此外，外界环境因素，如风力、洋流或水温的变化，也会干扰同步产卵的效果。本研究中强调的产卵同步性，有助于科学家理解珊瑚繁殖机制，为珊瑚礁生态系统的保护和珊瑚生态系统恢复提供一个指导依据。
“临界距离”这个概念在珊瑚群落中尤为重要，有助于生态保护与修复工作、帮助科学家设定物种恢复的空间密度目标，确保个体之间保持足够的互动，从而维持种群的繁衍和健康。本文这篇研究表明，当珊瑚个体之间的距离小于10米时，受精成功率较高，平均可达30%；但是当这一距离扩大到15米或以上时，受精率几乎为零。这种现象说明了空间分布对珊瑚繁殖的限制作用，特别是在气候变化导致珊瑚种群密度下降的情况下。
洛德斯通礁（Lodestone Reef）的桌形轴孔珊瑚瑚景观。摄影：Holobionics
在这篇研究中，贝塔二项模型被用来分析珊瑚群体的受精成功率vs群落空间配置之间的关系。研究者关注的是珊瑚群体的邻近性对受精成功率的影响，特别是在不同的珊瑚群体之间距离不同的情况下。贝塔二项模型能够处理数据中固有的变异性，允许不同珊瑚群体的受精成功率存在差异，从而更准确地评估邻近珊瑚的空间配置对受精率的影响。具体来说，这个模型用于考虑受精成功率的响应变量，邻近性（即群体之间的距离）作为连续的自变量，以及不同的产卵夜（作为类别自变量）对受精成功率的影响。
在珊瑚等海洋生物中，自交的可能性较低，因为大多数珊瑚种类采用外部受精的方式，即通过释放精子和卵子到水中进行交配。尽管如此，某些珊瑚在特定环境下仍可能发生自交，尤其是在物种的个体数量较少、难以找到配偶的情况下。自交通常会降低遗传多样性，因此在大多数情况下，珊瑚通过异交交配来提高种群的遗传多样性，从而增强种群的生存能力。
思考题·举一反三
Q1、如何将这项研究中的“邻近度”和“产卵同步性”模型，应用到其他珊瑚种群或不同地区，以预测环境变化对珊瑚繁殖成功的影响？
Q2、在珊瑚繁殖受到环境和空间因素影响的情况下，如何通过合理的空间管理、海洋空间规划，帮助珊瑚群体恢复得更好，增强它们的生存能力？
Q3、在珊瑚群体面临Allee效应时，能不能通过人工结构（如珊瑚礁恢复结构）来促进珊瑚之间的空间连接，从而改善低密度下的繁殖成功率？
Q4、另外，考虑到珊瑚群体间的繁殖隔离和不完全同步，是否可以通过调整人类干预措施（如人工帮助它们受精、或生态恢复技术）来有效增强珊瑚的繁殖成功率，并突破Allee效应的局限性？
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（请文末留言）
信息源 | PNAS
编译 | 王芊佳
编辑 | 绿茵排版 |
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