上升中的海洋溫度對全世界的珊瑚礁造成了嚴重威脅,導致了大量的白化事件,進而殺死了廣大海洋生態系統中的生物。然而,有些珊瑚似乎不介意殺死其鄰居們的熱水,這讓科學家們思考某些特殊基因正幫忙這些特殊珊瑚來抵抗熱。

高溫海水衝擊

在 2016 年,澳洲氣象局(Bureau of Meteorology)在世界上最大的珊瑚礁系統大堡礁(Great Barrier Reef)附近記錄到史上最熱的海洋溫度。熱浪持續了數周,導致了史上最糟的白化事件。將近 30% 的珊瑚因此死亡。

當水溫變得過於溫暖,珊瑚會逐出住在牠們組織中的有益藻類。藻類不僅給予珊瑚鮮明的色彩,也會製造珊瑚生存所需的重要營養成分。若沒有藻類,珊瑚會變白且更容易受到疾病影響。白化也會阻礙牠們的成長、以及牠們繁衍的能力。

因為氣候變遷而上升的溫度也造成了更多的珊瑚白化以及大量生物死亡。珊瑚礁是大約 25% 海洋物種在其生命週期中某個時期的家,且能夠保護沿海地區避免風暴及腐蝕,並提供當地社群工作機會。

為了拯救珊瑚礁避免崩毀,科學家們正努力了解為何有些珊瑚可以存活,而其他不行。令科學家們最感興趣的是隱藏在珊瑚存活背後的基因。現在,在美國華盛頓卡內基研究所(Carnegie Institution for Science)的科學家們揭開了負責這種能力的基因,且某些科學家計畫將抗熱的基因植入珊瑚中,目的是為了在氣候變遷持續進行當下,讓珊瑚礁仍保持繁盛。

耐熱基因

然而,在科學家們甚至可以開始探索珊瑚的基因碼之前,科學家必須要先努力取得珊瑚受精卵。珊瑚一年只會產卵一次,且會在滿月時期的夜間,於特定的水溫下大量排出精子與卵子以進行受精。過去幾年來,科學團隊為了每年的排卵而往來於澳洲大堡礁,以收集新受精的卵來用於 CRISPR 的實驗中。

在實驗室中,科學團隊使用細針來將 CRISPR 注射至受精的珊瑚卵中。他們使用 CRISPR 將在其他有機體中被認為扮演熱反應關鍵角色的基因給移除。接著,他們讓受精卵發展,並讓珊瑚幼蟲暴露在不同溫度的水中。

基因編輯過的幼蟲在攝氏 27 度的水中存活地相當好,但當研究人員將水溫上升到攝氏 34 度時,幼蟲很快就死了。相比之下,未被基因編輯過的幼蟲在較溫的水中也存活的很好,暗示該基因對於忍耐熱很必要。此基因名為 HSF1,之前並不知道其參與珊瑚礁中的熱反應。

此最新研究顯示基因編輯可以用來刪除基因並研究此消失基因的效果。研究的主要作者,卡內基研究所的菲利浦·克雷夫博士(Phillip Cleves)表示:「具有從珊瑚身上移除基因的能力可以讓我們對基因在珊瑚中做什麼進行編目。這個基礎知識會幫助我們了解珊瑚存活於氣候變遷中的傾向性、以及參與其中的生物機制。」

法律上難題

這項研究也開啟了將耐熱基因注入珊瑚中的大門。雖然克雷夫博士對於製造基因工程珊瑚並不感興趣,但是他的一些合作者有。去年,並未參與該研究的珊瑚遺傳學家麥德琳·范歐彭教授(Madeleine van Oppen)就在探索使用 CRISPR 來製造混合珊瑚。這些混合珊瑚具有來自不同珊瑚物種的特徵,也就是能夠更佳地忍受較高的溫度。

不過問題是,在現行的澳洲法律下,科學家的計畫是違法的,因為澳洲法律禁止 CRISPR。范歐彭教授表示:「即使非常適切地將改變過的受精卵釋放到環境中,仍會面臨很嚴格的監管及公眾的監督。」

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參考資料:

  1. Robitzski, D., (2020, November 18). Scientists Want to Gene-Hack Coral Reefs to Survive Climate Change. Futurism
  2. Mullin, E., (2020, November 18). Scientists Are Gene Editing Coral to Help Them Survive Climate Change. Future Human
  3. Banerjee, K., (2020, November 18). Scientists Discover CRISPR Gene Editing Technique for Corals to Help It Survive Climate Change. International Business Times
  4. Cleves, P. A. et al., (2020, November 17). Reduced thermal tolerance in a coral carrying CRISPR-induced mutations in the gene for a heat-shock transcription factor. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.1920779117
  5. 圖片來源:https://www.ibtimes.sg/scientists-discover-crispr-gene-editing-technique-corals-help-it-survive-climate-change-53449(圖:Wikimedia Commons)
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