研究阐明荧光对霓虹色海葵的保护作用

斯坦福大学和加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的一组研究人员首次发现了海葵荧光和颜色之间的直接遗传联系，海葵是海滩游客经常遇到的柔软且有触手的潮汐池生物。

在一篇综合论文中，研究小组阐明了生活在北美太平洋沿岸潮间带的一群海葵中荧光蛋白和颜色变化的神秘作用。这些海葵属于 Anthopleura 属，通常被称为旭日海葵，其遗传颜色变化范围从充满活力的霓虹绿到更柔和的橄榄色或灰绿色。

研究人员发现，海葵的颜色变化或多态性是由单个荧光蛋白基因的不同版本控制的。研究还表明，荧光蛋白不只是为了展示，而是为了展示。它们作为有效的抗氧化剂，保护细胞免受氧化损伤，氧化损伤是细胞最常见的应激类型。

海葵和潮汐区其他生物的常见压力源包括持续暴露在阳光下、干燥以及光合作用产生的氧自由基的存在。

研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

“我们在这项研究中本质上试图回答的问题是，‘是什么让这些霓虹灯海葵如此引人注目?’ 这引导我们对荧光蛋白的有趣世界进行了调查，迄今为止这仍然是一个谜。”主要作者 Nat Clarke 说，他现在是麻省理工学院的博士后研究员，在获得博士学位期间进行了这项研究。斯坦福大学的学生。

“这项研究揭示了荧光蛋白在自然界中的多功能作用，平衡了它们的光谱特性与重要的生理作用。”

该团队求助于社区平台iNaturalist，该平台使公民科学家能够记录生物多样性，以寻找有时罕见的霓虹绿海葵的位置。

通过对 Anthopleura 海葵进行数千次地理标记观测，发现霓虹色海葵最常见的地区是北加州，高达 10% 的海葵呈这种色调，而在旧金山周围，霓虹色海葵的丰度则减少到不到 1%。迭戈.

这一切都始于一次惊人的观察

该研究项目的灵感始于 2008 年，当时加州大学圣克鲁斯分校退休教授约翰·皮尔斯 (John Pearse) 在探索蒙特利湾的潮汐池时，做出了深刻的观察：在成群的柔和色调的海葵中，只有一种具有充满活力的霓虹绿。着色。

在第一次遭遇之后，他多年来多次返回检查这种荧光生物，发现无论一年中的什么时候，尽管光照水平和潮汐条件发生变化，它都保持其引人注目的颜色，这表明这种奇怪的颜色并不是结果环境或外部因素。

皮尔斯是海葵和其他海洋无脊椎动物的生物学专家，他很好奇更多地了解霓虹绿海葵——为什么它比同一物种的其他海葵更具荧光性(它是同一物种吗?)，生活在同一地点、同一块岩石上?

他得到了妻子维琪·皮尔斯(斯坦福大学霍普金斯海洋站的海葵研究权威专家)和其他同事的帮助来调查这个问题。约翰·皮尔斯 (John Pearse) 也是该研究的合著者，但他在研究发表前去世了。

该研究的实地工作部分于 2016 年开始，克拉克和皮尔斯在加利福尼亚州太平洋格罗夫霍普金斯海洋站附近的潮间带收集霓虹色和非霓虹色海葵的触手样本。然后克拉克使用一套分子工具来分离荧光蛋白并对其进行测序。

在实验室检查生物荧光

该研究的生物荧光部分是由斯克里普斯海洋学海洋生物学家 Dimitri Deheyn 和 Deheyn 实验室的成员进行的，该实验室专门研究生物体的光产生和光操纵。研究人员使用分光光度计对新发现的蛋白质进行了光谱分析，分光光度计是一种检查不同光谱的光特性的工具。

在许多物种中，颜色变化被认为是表型或可观察的特征，源于多种因素，包括不同的饮食或对不同环境的适应。例如，暴露于较高水平光的物种通常表现出较深的色素沉着。研究人员惊讶地发现，这些海葵的颜色变化并不被认为是一种表型特征，而是与一个特定荧光蛋白基因相关的基因型特征。

“这是我们第一次观察到荧光蛋白决定海葵或任何海洋无脊椎动物物种的颜色，”该论文的资深作者德黑恩说。“颜色与一个非常特定的基因严格相关这一事实使其更加有趣，并挑战了大多数现场观察者的假设。”

荧光蛋白的保护作用

研究人员证明，海葵的荧光蛋白是强抗氧化剂，可以保护活细胞免受氧化应激。对于人类来说，氧化应激会引发偏头痛，但食用蓝莓和黑巧克力等抗氧化剂可以帮助控制和预防这种压力。

“根据这些数据，我们认为荧光蛋白可以帮助海葵应对它们所经历的所有可变压力，并且它使它们能够以一种解毒的方式从根本上“清除光合作用反应的垃圾”，从而这不会伤害他们，”克拉克说。“荧光蛋白的双重作用——作为着色剂和细胞防御剂——凸显了海洋生物适应环境挑战的复杂方式。”

研究人员表示，这项研究强调了公民科学的重要性，他们鼓励公众继续通过 iNaturalist 分享对霓虹绿海葵以及其他形式的生物多样性的观察结果。

“由于公民科学家的奉献和努力，我们可以更深入地了解海葵的种群分布、这些生物的基因库等等，”德黑恩说。“每一次观察，无论看起来多么微小或微不足道，都在扩大我们对自然世界的认识和欣赏方面发挥着至关重要的作用。”