一名研究生的研究可以帮助阻止侵入性海藻在夏威夷的传播

在过去的70年里，入侵性的海藻淹没了夏威夷奥瓦胡岛的东北海岸，每年蔓延数百英尺甚至更多，窒息了卡瓦内奥赫湾的珊瑚礁。岛上最大的海湾，kwhne 'ohe湾被称为“珊瑚王国”，研究人员从四面八方赶来只为一睹它的美丽。然而今天，许多雄伟的珊瑚礁都被海藻吞没了。在20世纪50年代，至少有一种物种在从关岛出发时，通过一艘驳船的船体来到了这个海湾。但大部分海藻，也就是所谓的大型藻类，是夏威夷大学的研究人员在20世纪70年代有意引入的，当时他们正在试验海洋植被的商业种植。这些相同的物种仍然在珊瑚礁上乱扔垃圾，形成垫子，阻挡阳光，吸收氧气和其他营养物质，拥挤珊瑚礁，造成破坏。

为了拯救珊瑚和它们所庇护的大量海洋生物，夏威夏威州水生资源部门(DAR)和自然保护协会开始部署“supersucker驳船用吸尘器吸干海藻。潜水员会从珊瑚礁上采集海藻，用软管将其吸回驳船，在那里进行分类，然后分发给当地农民作为肥料。然而，潜水员发现几乎不可能把每一个微小的碎片都打捞上来，而且海藻往往会在几个月后回来。DAR意识到它需要增援:成千上万饥饿的收集海胆(Tripneustes gratilla)，它们可以吃掉微小的海藻碎片，并进入隐藏着将海藻固定在礁石上的根状结构的遥远裂缝。几年后，DAR退役了它的超级吸盘驳船，开始完全依赖收集海胆清除剩余的海藻。

收集海胆得名于它们喜欢收集珊瑚碎石、岩石和藻类作为伪装。这些又黑又圆的小动物通常没有棒球大，它们长有锋利的刺和细小的管足。它们是珊瑚礁清理的理想选择，因为它们确实是对多种藻类和海草的渴望与鱼类不同的是，它们在定居后不会迁移太远。尽管一些科学报告表明，收集海胆曾经是kwhne 'ohe湾最丰富的海胆，但如今其自然种群相对稀少。2010年，DAR开始从海洋中收集这些长刺的生物，并把它们带回国营的孵化场产卵。在任何给定的时间里，孵化场收集到的可繁殖海胆的数量取决于天气和海浪，但孵化场的技术人员通常能够培养出足够多的幼海胆，每月几次将4000到7000只幼海胆放回海湾。在那里，海胆在珊瑚礁上慢慢迁徙，边走边吃草。到11月，DAR将释放近100万只海胆，但还需要更多。

为了增加海胆的数量，同时遏制入侵的海藻，当地研究人员正在研究补充DAR努力的方法。今年7月，夏威夷海洋生物研究所的科学家成为首先冷冻保存收集海胆胚胎并培养他们胜任工作。这是夏威夷大学研究生查理·韦斯特布鲁克领导的一个多年项目的高潮。他设计了一种方法，将这些胚胎冷却到300华氏度以下的超低温度，然后慢慢解冻，这样它们就可以发育成成熟的海胆。这些努力意味着饥饿的小海胆可以很容易地在实验室里全年饲养。冷冻胚胎还可以提供一个“诺亚方舟”，在海胆崩溃的情况下，从中补充海胆种群，甚至填满渴望海胆性器官的饥饿食客的盘子大学寿司店就能找到。

经过几年的实验，韦斯布鲁克最终确定了对胚胎伤害最小的冷冻和升温速率，以及在这些温度变化中帮助它们存活的最好的低温保护化学物质。但即使他已经打磨了他的协议，最艰难的时刻还在后面。

韦斯布鲁克说，为每个发育阶段培育合适的食物特别具有挑战性。从解冻的胚胎中发育出来的小幼虫在容器中自由游动，需要特定的浮游植物食物长达数周。一旦它们长到图钉尖那么大，它们就会长出刺，并定居在容器的底部。在那里，它们会大口咀嚼细菌的生物膜几个月，直到它们的嘴巴变得足够大，可以吃大的海藻。

韦斯特布鲁克很感兴趣地发现，用低温保存的胚胎培育的海胆比非低温保存的海胆发育的时间更长。起初，他担心他的幼虫永远不会停止游泳，停留在它们最后的幼虫阶段，而不会变成海胆。但是今年6月的一天，他看到烧杯底部有一个细小的尖状物。他回忆道:“当时实验室里没有其他人，但我只是在大喊大叫。”“成功了!”

玛丽·哈格多恩(Mary Hagedorn)是史密森保护生物研究所和夏威夷海洋生物研究所的高级研究科学家，也是韦斯布鲁克的导师之一。她说，收集海胆并不是唯一一种在发育过程中饮食挑剔的海洋生物;海鱼的胚胎也很挑剔。她解释说，科学家很难在它们发育的过程中为它们找到和培养正确的食物顺序和大小，因为它们的嘴非常小，这是阻碍海洋鱼类水产养殖的因素之一。

Hagedorn自己冷冻保存领域的先驱．到目前为止，她和她的同事已经将精子冷冻起来来自50多种不同的珊瑚帮助保护世界珊瑚礁的多样性。她说，将威斯布鲁克的低温保存协议从“精品”过程转变为高通量工具，可以帮助保护、恢复和水产养殖，还需要一些时间，但他正在实现这一目标。

大卫·科恩管理着DAR的海胆孵化场并没有参与冷冻保存的研究，很高兴看到更多的关注收集海胆。虽然他的孵化场没有将冷冻保存纳入海胆饲养协议的计划，但他解释说，“对这种海胆及其生命周期和习惯的每一点研究都是有帮助的。”

不幸的是，海藻窒息不是卡瓦内奥赫湾独有的现象。科恩希望威斯布鲁克培养海胆的方法能够帮助世界上其他地方的海胆物种的培养，比如加勒比海的海胆Diadema antillarum．直到最近，研究人员才学会如何饲养这些海胆。一种病毒在当地种群中肆虐，导致入侵性海藻取代珊瑚，海胆几乎灭绝。还需要更多的食草动物来修剪海藻，科学家们在实验室里培养的海胆越多，世界珊瑚礁恢复平衡的速度就越快。

没有参与这项研究的考斯隆研究所(Cawthron Institute)前水产养殖组经理塞林·亚当斯(Serean Adams)指出，海胆的用途甚至超越了珊瑚礁保护。世界各地的研究人员将它们用于各种目的，从研究受精和发育生物学到进行评估海洋污染影响的生态毒理学测试。除了提供全年获取海胆繁殖材料的途径外，低温保存还允许科学家储存具有特定基因的样本，用于未来的选择性育种实验。

尽管亚当斯过去几年的研究重点是冷冻保存、孵化生产和养殖贝类，但在研究生院期间，她进行了海胆的研究，并制定了冷冻它们精子的方案。她认为韦斯布鲁克的冷冻培养胚胎是一次成功的尝试，并将其称为“地球的保险计划”，可以帮助重建受威胁的栖息地，包括卡瓦内奥赫湾。

回到实验室，威斯布鲁克正在努力优化和扩大他的程序，以便他的海胆最终可以帮助恢复珊瑚礁。到目前为止，他只从冷冻胚胎中培育出了一对幼崽，在它们适应海洋环境之前还需要几个月的时间。要释放它们，他需要得到国家管理机构的许可，但他期待着有一天，这些贪婪的生物可以在珊瑚礁上漫步，以令人窒息的海藻入侵者为食。

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