研究敦促全球变化研究人员接受可变性
研究结果预示着恢复和水产养殖的好处
科学家在做实验时，通常会尽一切努力保持所有因素不变，只有一个不变。研究全球变化的科学家可能会把珊瑚从珊瑚礁移到水族箱里，水族箱里的水温要高出1摄氏度，以测试预计本世纪末海洋变暖的影响。或者他们可能会将水的pH值降低0.4个单位，以研究海洋酸化的影响。
但是，一篇新的评论文章提出了证据，主张采用一种更细致入微的方法来设计这些实验——一种承认并有意地将自然界固有的可变性纳入其中的方法。
这篇文章发表在最新一期的《当前气候变化报告》上，重点研究了海洋变暖和酸化如何影响珊瑚和珊瑚藻。威廉玛丽大学弗吉尼亚海洋科学研究所的主要作者艾米丽·里维斯特说，研究结果也可能适用于牡蛎等其他基础珊瑚礁物种。
VIMS的助理教授Rivest指出：“一些生物每天经历的pH值和温度的变化范围超过了我们预计到本世纪末全球海洋的变化。”“但我们真的不知道这种可变性是如何影响它们的生理机能和它们对未来变化的反应能力的。我们回顾的论文表明，这种可变性很重要，我们需要将其纳入我们的实验中。”
事实上，越来越多的人认为，生物在当前环境中所面临的温度和pH值的变化程度可能会影响其对未来变暖和酸化的反应。例如，生长在礁后泻湖的珊瑚——它的受限水域可能在炽热的太阳下每天下午急剧变暖——可能比生长在礁面更开放、更温和水域的珊瑚更不容易受到长期变暖的影响。这同样适用于整个物种或适应温暖的珊瑚种群。
在他们的论文中，里维斯特和西澳大利亚大学的共同作者史蒂夫·科莫和克里斯托弗·康沃尔回顾了近100项关于海洋pH值或温度的预测变化如何影响珊瑚生长的研究。但他们的评论发现，只有“少数”研究有目的地改变了这些因素，或者检查了自然变化对珊瑚礁生物表现的重要性。
将可变性纳入其中的实验分为两类。“一种类型是研究，你从一个高变异性的地点和一个低变异性的地点收集珊瑚，看看它们在受控的佳博体育条件下是如何工作的，”里维斯特说。“如果可变性在塑造他们对环境变化的反应方面很重要，那么他们的反应将取决于他们来自的地方。”
第二种类型“研究了佳博体育处理中的可变性——将珊瑚带入佳博体育，在恒定或可变的条件下饲养它们，然后给它们施加额外的压力，看看它们在佳博体育中经历的可变性是否会影响它们对这种压力的反应。”
有趣的结果
里维斯特和她的同事们发现，将可变性纳入实验设计会产生模糊而有趣的结果。
“来自温度变化较大的栖息地的珊瑚通常表现出更强的耐热性，”Rivest说，“但过去pH变化的影响不太清楚。”另一方面，她说，“在佳博体育研究中，pH值的变化通常会限制海洋酸化的影响，但温度变化对变暖反应的影响是模棱两可的。”
Rivest、comau和Cornwall表示，他们的发现值得进一步研究。“我们希望我们的论文标志着气候变化如何影响基础物种研究的新时代的开始，”Rivest说。“我们真的需要把动物当前的环境作为未来如何反应的起点——我们希望这成为我们这个领域的一个讨论点，我们应该如何设计实验，并思考这些问题。”
该团队表示，他们的发现也可能导致实际应用。“如果我们更好地了解环境变化是如何影响动物适应未来环境变化的能力的，那么我们就可以在恢复和保护的背景下考虑它，”Rivest说。“例如，如果你的目标是恢复珊瑚礁，我们可以开始一个珊瑚培训计划，你在佳博体育里在不同的条件下培养它们，这样它们就能在珊瑚礁环境中表现良好。”这种方法已经在夏威夷海洋生物研究所、澳大利亚海洋科学研究所和世界各地的其他研究佳博体育得到应用。
从印度太平洋到切萨皮克湾
在最近的评论文章中，里维斯特领导了一项实地研究，她将法属波利尼西亚温暖水域的珊瑚与台湾较冷水域的珊瑚进行了比较，现在她计划将这项研究扩展到她在美国东海岸新家附近的不同动物和水域。她于2016年加入位于格洛斯特角的弗吉尼亚海洋科学研究所。
“我认为牡蛎是切萨皮克湾的珊瑚，”里维斯特说。“它们提供了类似的好处，因为它们创造了一个支持其他物种的三维栖息地。海湾pH值和温度的变化甚至比我们在许多珊瑚礁中看到的还要剧烈。所以我打算在这里问同样的问题。我们可以通过调查牡蛎现在在海湾中面临的自然环境梯度来了解牡蛎如何应对未来的环境变化。”
她还计划开始一系列的佳博体育研究。“我还没有能力在佳博体育里轻松地操纵温度和pH值的变化，”里维斯特说，“但我在这里建造的水族馆系统将允许我做到这一点。”她正在VIMS的海水研究佳博体育建造这个系统，这是美国同类设备中最大的佳博体育之一。
Rivest和VIMS的同事们也开始将她的发现付诸实践，利用最近的Sea Grant奖来更好地了解牡蛎养殖者和种植者如何通过改善孵化场中牡蛎幼虫的条件来提高水产养殖生产率。这项工作的合作伙伴包括奥本大学、马里兰大学环境科学中心、樱桃石水产养殖场、牡蛎种子控股公司、沃德牡蛎公司、JC沃克兄弟和KCB牡蛎控股公司。
