已有 1654 次阅读 2021-4-29 11:36 |系统分类:论文交流

编译：微科盟道友留步，编辑：微科盟木木夕、江舜尧。

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导读

海洋酸化（Ocean acidification，OA）指人类活动排放的大量CO2，被海水吸收，使得海水逐渐酸化的现象。OA的形成对海洋珊瑚礁生态系统存在负面影响，威胁着珊瑚礁的生长及功能。寄生在珊瑚上的微生物群落对珊瑚的健康起着至关重要的作用，但目前尚不清楚OA对珊瑚伴生细菌群落的影响。为了解珊瑚及其伴生细菌对OA的反馈机制，在北马里亚纳群岛的Maug岛进行了取样研究。该区域海底存在一个天然CO2火山喷口，在周围海域形成了一定的pH梯度，为研究珊瑚对OA的反馈提供了良好的条件（图1）。分别在海水pH为8.04（背景pH），7.98(中pH)，7.94(低pH)的三片海域采集了Pocillopora eydouxi、Porites lobata和 Porites rus三种珊瑚样品。通过16s rRNA表征了珊瑚伴生细菌群落特征、通过骨骼硼同位素法测定了不同pH海域中珊瑚胞外钙化液（ECF）的pH。结果表明，Porites lobata和 Porites rus上的细菌群落随着海水pH的降低而稳定（群落分散性降低），同时Endozoicomonas的丰度大幅增加；在CO2喷口附近，P. lobata内共生体ECF的pH显著下降，而P. rus ECF的pH有下降的趋势。相反，Pocillopora伴生细菌群落出现脱稳的现象（群落分散性增加），同时Endozoicomonas丰度显著下降，而其ECF的pH并不随着海水pH变化而变化。本研究说明OA对Endozoicomonas丰度存在多种影响，并且表明Endozoicomonas丰度可能是珊瑚对OA反馈的一个标志物。本研究也揭示了珊瑚生理学的两个方面（细菌群落的调节和钙化的调节）之间有趣的二分性，强调了多学科方法对理解珊瑚在不断变化的海洋中的健康和功能的重要性。

论文ID

原名：Dichotomy between Regulation of Coral Bacterial Communities and Calcification Physiology under Ocean Acidification Conditions

译名：海洋酸化条件下珊瑚细菌群落调控与钙化生理学之间的二分性研究

期刊：Applied andEnvironmental Microbiology

发表时间：2021.02

通讯作者：C. A. Burge

通讯作者单位：美国马里兰大学巴尔的摩分校海洋与环境技术研究所 

实验设计

Maug是北马里亚纳群岛（20°1 N，145°13 E）三个岛屿组成的无人居住群岛（图1a），构成了一个凹陷的火山喷口。此火山喷口能够排放颗粒物和溶解铁、锰和二氧化硅等。在喷口附近未检测到明显浓度的硫酸盐、硫化物或硫化氢等富硫化合物。沿着1500米的梯度选择三个研究地点，分别标记为背景pH取样点（pH=8.04±0.016）、中pH取样点（pH=7.98±0.027）和低pH取样点（pH=7.94±0.051。取样点附近海水化学性质见表1。于2014年，在三个地点，通过锤凿从3个珊瑚物种（Pocilloporaeydouxi、Porites lobata和Porites rus）的10个珊瑚群中各收集珊瑚样品，收集到的珊瑚样品使用液氮冷冻保存。分析了珊瑚骨骼的生物地球化学性质（包括利用ICP-MS分析了珊瑚骨骼的微量元素；对珊瑚骨骼进行了硼同位素分析（δ11B））；基于δ11B估算了珊瑚胞外钙化液的pH值；利用16s rRNA测序分析了珊瑚伴生细菌群落结构及组成。使用基于Tukey事后检验的单因素ANOVA、weighted UniFrac距离矩阵、PCoA分析、ANOSIM分析及CCA分析等对试验结果进行了统计学比较分析。

图1 马里亚纳群岛内的Maug群岛（a）；背景pH（8.04）、中pH（7.98）及低pH（7.94）等三个珊瑚采集点（b）。

结果

1 细菌群落随pH梯度的变化具有物种特异性

P. eydouxi, P. lobata和 P. rus上的细菌群落分别以Poc群落、Plob群落、

Prus群落表示。进行质量过滤后，从82个珊瑚样品中共计得到了6097305条高质量序列（表1）。在去除线粒体、叶绿体和未识别的序列后，总的序列被划分为3918个扩增子序列变异体（ASVs）。所有样本按珊瑚种类分为三个不同的类群，但Plob群落和Prus群落结构彼此更为相似，而Poc群落与两者都不相似（图S1）。每种珊瑚中的细菌群落彼此间都存在显著差异（ANOSIM：P＜0.01；表S1）。因此，后续对每种珊瑚分别进行了分析。

表1 样品分布情况、取样点海水化学性质及测序结果（α多样性数据由筛选后的ASV表确定，包括丰富度（检测到的ASV）和多样性（Shannon H′）的指标。海水化学数据以平均值（±标准差）表示。所有多样性数据均以平均值（标准差）表示。采用非参数Kruskal-Wallis检验和Mann-Whitey事后比较法对α多样性指标（物种内）进行比较。上标大写字母不同的数据之间存在显著差异，P＜0.05；海水化学数据（pH和pCO2）来自Enochs等人；质量控制包括去除低质量、过短、线粒体、叶绿体和未分配的reads； ASVs为稀释至等序列采样深度（1100次读取）。

三种珊瑚的细菌群落均随着pH变化而变化，但在不同种类的珊瑚上表现出了不同的变化规律（ANOSIM：P＜0.05，图2a至c，表2）。来自背景pH（8.04）及中pH（7.98）样本的Poc群落紧密聚集高度相似，但是低pH取样点的Poc群落较为分散，表明CO2喷口附近的整体群落结构发生了变化（图2，表2）。每一个取样点的Plob群落都明显聚集在一起，并且点与点之间显著不同（表2）。Prus群落也随着pH的变化而变化，但不同取样点之间存在重叠（图2c）；然而，然而，Prus群落结构的显著变化发生在低pH区域，而不是背景pH和中pH区域之间（表2）。

图2 基于weighted UniFrac距离矩阵的珊瑚细菌PCoA分析：（a）Pocilloporaeydoux，（b）Poriteslobata，（c）Poritesrus；每一样点内，基于Dunn多重比较的细菌群落平均成对相异度分析：（d）Pocilloporaeydoux，（e）Poriteslobata，（f）Poritesrus。黑色圆圈：背景pH取样点；金色三角形：中pH取样点；红色方形：低pH取样点。Kruskal-Wallis检验和Dunn多重比较是在一个物种内的不同地点进行的。**，P＜ 0.01；***，P＜ 0.001；****，P＜ 0.0001。

表2 基于weighted UniFRAC距离矩阵的成对ANOSIM分析（Global R值为0表示细菌群落结构没有差异，而Global R值为1表示细菌群落结构完全不同。显著差异的比较用黑体字表示）。

每一个取样点内，细菌群落对pH梯度的物种特异性反应更清晰地体现在样本之间细菌群落变化或者细菌群落分散性变化上，以平均两两相异度表示。随着pH梯度变化，Poc群落脱稳，低pH时其群落分散性显著上升（图2d）。相反，Plob群落在整个pH梯度上稳定，在中、低pH取样点附近群落分散性显著降低（图2e）。Prus群落同样在各pH保持稳定，但群落分散度在低pH时会出现下降（图2f）。

在整个pH梯度上，Poc群落和Prus群落的丰度和Shannon多样性都是一致的。在Plob群落中，Shannon多样性和ASV丰度在整个pH梯度上都受到影响（Shannon多样性：Kruskal-Wallis：H=17.25，P=0.0002）（ASV丰度：Kruskal-Wallis：H=19.07，P=0.0001）（表1）。中pH取样点的丰度和Shannon多样性显著高于低pH取样点，而Plob群落在低pH点时Shannon多样性显著低于其他取样点。中pH取样点的Plob群落不同于其他取样点，因为存在1940个所特有的ASVs（占Plob群落ASVs总数的59.1%）。

在所有样本中，Proteobacteria是最丰富的门。在Poc群落中，Gammaproteobacteria平均占背景pH取样点总群落的94.1%和2.1%，但在低pH取样点，其显著地位被Bacteroidota和Spirochaetota（Kruskal-Wallis：P＜0.02）（图3a）。在Plob群落中，门在背景pH取样点点分布更为均匀，主要由Bacteroidota（34.6±7.5%）、Gammaproteobacteria（19.6±6.3%）、Chloroflexi（15.2±6.0%）、Alphaproteobacteria（10.1±2.7%）和Firmicutes（6.9±5.4%）（图3a）。在Plob群落中，Alphaproteobacteria 和Planctomycetota在中pH取样点处显著增加，Gammaproteobacteria在低pH取样点处显著增加（Kruskal-Wallis：P＜0.02）（图3a）。Prus群落也以Gammaprotobacteria为主，平均占总群落的82.8±5.5%，在整个pH梯度上，Prus群落中任何主要门的丰度都没有显著变化（Kruskal-Wallis：P＜0.05）（图3a）。

图3 （a）在背景pH、中pH和低pH取样点处，Pocilloporaeydouxi、Porites lobata和Poritesrus珊瑚样品细菌序列的平均丰度百分比。利用silva v138数据库对细菌分类学进行了分类。占比＜1%的类群被归为“minor taxa”类别。（b）所有取样点三种珊瑚中Endozoicomonas序列的相对丰度。黑色：背景pH取样点；金色，中pH取样点；红色：低pH取样点。数据用单个值表示平均值。Kruskal Wallis检验和Dunn多重比较是在不同取样点中的同一物种内进行的。*，P＜0.05；**，P＜0.01；***，P＜0.001；***，P＜0.0001。

与背景pH点相比，DESeq2分析识别出了 86个在低pH或中pH取样点处呈现差异性丰富的ASVs（表S2）。在Poc群落中，一个被归类为“Candidatus Amoebophilus”的ASV在中、低pH取样点都出现了富集，而5个被归类为unclassified-Cyclobacteraceae或unclassified-Spirochaetaceae的ASVs，在中、低pH取样点缺乏。此外，在中或低pH取样点处的Poc群落中，缺乏10个被归类为Endozoicomonas的ASVs。在Plob群落中，有53个和36个ASVs分别在中pH和低pH取样点处差异性丰富，此外，有22个ASVs在中和低pH取样点中差异性丰富（表S2）。Plob群落中差异性丰富的       ASVs是多种多样的，包含9个门中的26个细菌科。在中、低pH处的Plob群落中，最为富集的ASVs是CandidatusAmoebophilus，而最为缺乏的ASVs是Nitrospira。有7个被分类为Endozoicomonas的ASVs在低pH取样点处显著富集。相比于背景pH取样点处，Prus群落仅有4个差异性丰富的ASVs：2个被分类为Endozoicomonas的ASVs在低pH取样点处富集，2个被分类为Algicola和unclassified-Cellvibronaceae的ASVs在低pH取样点处显著缺乏。在全部三个珊瑚物种中，没有ASVs差异性富集。

Endozoicomonas（属于Gammaproteobacteria目，Endozoicomonadaceae科）是所有三种珊瑚物种中具有差异性丰富ASVs的唯一细菌分类群，但每种珊瑚物种都有不同的Endozoicomonas ASVs，导致了该物种内部差异的发生（表S2）。因此，进一步研究了Endozoicomonas的相对丰度。Poc群落以Endozoicomonas为主，平均占背景pH取样点处总群落的96.1±0.8%。Poc群落中的Endozoicomonas丰度在整个pH梯度上下降，在中pH和低pH取样点处分别平均为93.0±1.7%和67.4 ±4.6%（图3b），但仅在低pH点显著降低（Kruskal Wallis：H=20.54，P=0.0001）。低pH点处的Plob群落明显不同，这是由于Endozoicomonas丰度显著增加所致，低pH点处占Plob群落平均为63.4±3.6%，而背景pH和中pH点处分别占Plob群落的0.4±0.1%和0.01±0.01%（Kruskal Wallis：H=23.96，P=0001；图3b）。Prus群落的Endozoicomonas丰度也很高，在背景pH值处平均为53.6±4.5%，在中等pH值处为63.7±4.8%，但在低pH值处，Prus群落的Endozoicomonas丰度也显著增加，平均为87.2 ±2.7%（Kruskal Wallis：H=17.37，P=0.002；图3b）。

叶绿体产生的reads占所有样品总读数的很大比例（79.6%）。在P. eydouxi中，叶绿体衍生的reads在整个pH梯度上显著增加（Kruskal-Wallis：H=9.92，P=0.007）（图S3a）。在P.eydouxi样品中的Ostreobium丰度也随着pH梯度的增加而增加，在背景、中和低pH处，分别占由叶绿素产生的reads的 2.2±1.0%，96.2±1.9%和89.8±4.1%（Kruskal-Wallis：H=19.21，P=0.0001）（见图S3b）。在P.lobata中，叶绿体衍生的reads丰度在中pH处明显较少（Kruskal-Wallis：H=11.95，P=0.002）（图S3c）。在背景、中和低pH处，Ostreobium占由叶绿素产生的reads的 68.0±2.5%，39.1±2.2%和83.4±3.1%，但是在中pH处Ostreobium出现了显著不同(Kruskal-Wallis：H=23.11, P=0.0001) (图S3d)。在P.rus中叶绿体产生的reads在不同取样点具有相似的丰度（Kruskal-Wallis：H=0.71，P=0.703）（见图S3e），而Ostreobium丰度在背景pH取样点处为91.4±0.9%，在整个pH梯度上也具有相似的丰度（Kruskal-Wallis：H=2.86，P=0.239）（图S3f）。

2 钙化液pH落随pH梯度的变化具有物种特异性

在所有地点，每种珊瑚都保持其钙化液（ECF）pH高于外部海水pH，而在每个地点，P.rus ECF的pH最高（图4）。在P.eydouxi中， ECF的平均pH在接近CO2喷口过程中，平均 pH出现下降（以0.02个pH单位），但不同地点之间没有显著差异（Kruskal-Wallis：H=0.26，P=0.878）。在P. lobata中，与背景pH取样点处相比，中pH取样点处ECF的平均 pH以0.02个单位缓慢上升，然后在低pH取样点处下降了0.08个单位，但ECF平均pH值的显著差异仅出现在pH值较低点位处(Kruskal-Wallis：H=8.34, P=0.015)。在P.rus中，ECF的平均pH值在接近CO2喷口过程中降低了0.08 pH单位，但与P.eydouxi一样，不同地点之间也没有显著差异，主要是因为较低pH地点的ECF pH值的变化性增加（Kruskal-Wallis：H=3.91，P=0.142）。

图4 背景pH（黑色）、中pH（金）和低pH（红色）取样点处Pocilloporaeydouxi (a)，Poriteslobata (b)和 Porites rus (c)中δ11B和相应的ECF的pH对平均海水pH作图。虚线与每个位置的平均值相交。

3 珊瑚骨骼微量元素表明其暴露于喷口排放物

在钙化过程中，存在于周围海水中的各种微量元素被纳入珊瑚骨骼中，可以作为钙化过程中当地海水状况的替代物。因此，从喷口排放的微量金属的骨骼浓度使我们能够评估单个菌落对喷口排放物的暴露，这些排放物在取样点处具有空间分布不均匀的特点。锰是珊瑚骨骼中唯一在所有取样点的珊瑚骨骼中存在显著差异的微量元素，因此被选为表征取样点之间和内部喷口暴露程度的指标（ANOVA：df=2，P＜0.002）（表S3）。在背景pH取样点，所有珊瑚物种的平均Mn/Ca相似（~0.6 μmol/mol；图5）。然而，在中pH取样点处，P.eydouxi和P.lobata的平均Mn/Ca水平增加了一个数量级（分别为6.6±0.7 μmol/mol和5.1 ±0.9 μmol/mol），并且在接近低pH取样点处P.eydouxi中的平均Mn/Ca几乎为2倍，而P. lobata中的平均Mn/Ca几乎为3倍（分别为11.3±0.5 μmol/mol和15.3±2.0 μmol/mol）。P.rus中平均Mn/Ca水平也在接近喷口时显著增加，在中pH处为1.3±0.1μmol/mol，在低pH处为1.5±0.1μmol/mol（图5）。然而，P. rus 中的Mn/Ca在中和低pH处都要显著低于中pH处其他两种珊瑚（图5）。在P.lobata中，Fe/Ca也朝着接近喷口处显著增加（ANOVA：df=2；P=0.0001），但在P.eydouxi或P.rus中，没有其他微量元素在不同取样点处显示出显著差异（表S3）。

图5 珊瑚骨骼中Mn/Ca比值。数据以平均值表示，并展示了各数据点的值。黑色圆圈：背景pH取样点；金色三角形：中pH取样点；红色正方形：低pH取样点。对不同取样点间的同一物种使用方基于Tukey事后检验的ANOVA比较分析。**，P＜0.01；***，P＜0.001；***，P＜0.0001。

4 细菌群落结构的环境驱动因素

已知从Maug喷口种排放颗粒和溶解性锰、铝和铁；因此， CO2引起的海水pH降低可能不是影响中、低pH取样点珊瑚伴生细菌群落结构的唯一环境因素。典型对应分析（CCA）涉及P. eydouxi的8个细菌科、P. lobata的14细菌科、P. rus的7个细菌科。由蒙特卡罗置换检验发现，每个珊瑚物种的CCA都很稳健（P＜0.05），表明主要珊瑚伴生细菌科的相对丰度与预测环境变量之间存在着很强的对应关系（表S4）。在所有三种珊瑚中，CCA分析结果表明海水pH值与背景pH取样点样品的关联性较高，而锰与低pH取样点样品的关联性较高（图6）。对于P. eydouxi，海水pH和Mn是最强的预测变量，CCA 1相关系数分别为-0.67和+0.74（表S4）。对于P. lobata，海水pH、Mn和Fe是最强预测变量，CCA1相关系数分别为-0.89、+0.92和+0.81（表S4）。对P. rus，海水pH和Mn是最强烈预测变量，CCA1相关系数分别为+0.71和-0.63（表S4）。在这三种珊瑚中，没有一个细菌类群中都有特定的微量元素。在Porites spp.中，大多数分类群与海水pH升高呈正相关（图6）。

图6  Pocillopora eydouxi（a）、Poriteslobata（b）和Poritesrus（c）的典型对应分析图。使用与喷口相关的环境变量（海水pH值和骨骼微量元素浓度）和主要细菌家族的平均丰度（占珊瑚物种内细菌群落总数的1%）进行排序。黑色圆圈：背景pH取样点；金色三角形：中pH取样点；红色正方形：低pH取样点。

讨论

在新环境中进行微生物组重组可能会导致珊瑚具有更好的抗应激能力，并且/或者可能反映出宿主在新的环境条件下的耐受性和稳定性，但是微生物组重组已被证明是以宿主特有性的方式发生的。了解长期OA条件下特定于宿主的微生物相互作用对于预测珊瑚礁的未来健康和功能非常重要。我们发现三种珊瑚随着自然pH梯度的变化，细菌群落结构和组成也会发生变化。对于P. eydouxi，细菌群落的分散度随着海水pH值的降低而增加，这遵循Anna Karenina原则，即不良生物个体的微生物群落组成比健康的同种个体变化更大。P. eydouxi中发现的宿主微生物相互作用的潜在崩解与其他珊瑚类群一致，例如在巴布亚新几内亚的另一个自然酸化的礁石中的Acropora millepora和Porites cylindrica。然而，Pocillopora spp.因表现出来的、即使在高温和营养胁迫下也具有的相对僵化的微生物相互作用，而被认为是“微生物调节者”。在Maug低pH取样点处发现的P. eydouxi中微生物群落破坏现象表明，OA可能代表着一种慢性环境胁迫，能够改变哪怕是最顽固的珊瑚-微生物之间的相互作用。相反，在Porites spp.中，跨越相同pH梯度的细菌群落汇聚到具有相似群落组成的更紧密聚集的群落中，这可能反映了宿主对OA条件的适应过程和耐受性。我们的数据与其他同样来自巴布亚新几内亚的研究形成对比，这些研究表明，大量Porites spp.中的细菌群落对海水pH值的变化具有抵抗力。在Maug，P.rus表现出多样的生长形态，但随着海水pH值的降低，细菌群落结构也发生了显著变化。在巴布亚新几内亚和Maug 的OA条件下，Porites spp在细菌群落灵活性上的这些差异可能只是反映了物种对OA的特定反应，但对于测试关于微生物适应性在适应OA中的作用的假设可能是有用的。

Maug的环境条件对Endozoicomonas的丰度有显着影响。这种存在于组织中的细菌在全球各种珊瑚中都有发现，它被认为是一种共生体。我们检测到P. eydouxi中的Endozoicomonas丰度在靠近喷口处显著降低。相反，随着周围海水pH值的降低，两种Porites物种的Endozoicomonas丰度都显着增加。尤其是P. lobata，在靠近喷口处时，其上Endozoicomonas的相对丰度从0％增加到几乎50％。Endozoicomonas与其他排放物（例如Mn，Fe或Al）的排放量并不完全相关，这表明海水pH值降低或珊瑚寄主对海水pH值降低的反应对其丰度具有更强的影响。有趣的是，不同的Endozoicomonas ASVs在每个珊瑚物种中富集或缺乏，这表明不同的Endozoicomonas spp.与其珊瑚宿主之间存在物种特异性的联系。在其他珊瑚物种中，例如A. millepora，甚至在大量的Porites spp.中，已经描述了OA引起的Endozoicomonas丰度的降低，但是我们的研究记录了在低pH条件下Endozoicomonas丰度的增加。尽管在P. eydouxi中发生了Endozoicomonas丰度的降低，但在低pH条件下，该菌属仍然是优势菌群。两种Porites物种中Endozoicomonas丰度的增加表明在OA条件下，Endozoicomonas可能对这些珊瑚有益。或者，低pH条件可能会降低Porites珊瑚控制这些细胞间细菌生长的能力。不管怎样，这都提出了一个问题，即为什么OA影响下某些珊瑚物种会失去这种细菌分类单元的丰度，并强调了这种细菌属作为OA耐受性指标的潜力。

OA很可能直接或间接地影响与珊瑚有关的细菌群落的结构和组成。例如，Endozoicomonas丰度的变化很可能是由于间接作用造成的，因为Endozoicomonas作为一种组织细菌，不会暴露在海水中。而OA引起的宿主生理变化可能是影响Endozoicomonas丰度的原因。相反，与黏液相关细菌和与骨骼相关细菌确实会与海水相互作用。因此，改变海水pH值的直接影响对这些群落最为明显。由于整个片段都经过了扩增子测序处理，所以我们无法区分这些潜在的直接或间接作用，也无法区分可能由细菌定位驱动的模式。未来的研究应考虑与珊瑚相关微生物群落的这些划分，以揭示OA对珊瑚微生物群落影响的更细微的见解。

OA还可以改变珊瑚与骨骼相关的真核内生菌的相互作用。特别是，OA导致Porites骨架中绿藻Ostreobium的丰度变的更高，导致一些人将其描述为有害的生物侵蚀者。然而，Ostreobium通常存在于活珊瑚的骨骼中，并在热漂白过程中向珊瑚提供光同化物，因此其他人认为它是一种有益的珊瑚共生体。珊瑚中真核微藻群落的评估最好是使用23S或ITS2，而不是16S rRNA测序，但是我们能够使用原生核糖体参考数据库高度可靠地对介孔菌序列进行分类。与以前的研究类似， Maug的P. eydouxi和P. lobata展示出随着海水pH值的降低，Ostreobium的丰度增加，而P. eydouxi在整个pH梯度上具有相似（但很高）的Ostreobium丰度。所有珊瑚种类中Ostreobium丰度较高，尤其是在pH较低的取样点，表明它可能是一种有害的生物侵蚀者。

我们还记录了钙化生理学中属特异性响应对长期低pH条件的反应。在P.eydouxi中，钙化生理学在所有海水条件下都受到高度调节，而两种Porites在喷口附近的ECF的pH值都出现了一定的下降。P. rus被认为是一种抗OA的珊瑚。在本研究中，该物种在钙化生理学方面表现出最高OA耐受性，在所有地点的三种物种中表现出最高的ECF的pH值，并且在整个pH梯度上其ECF的pH值仅有轻微降低。如下文所述，P.rus（和其他珊瑚物种）中pH上调的可变反应可能反映出暴露于喷口的局部差异，或者反映了不同个体对低pH条件的可变反应。我们的数据表明，不同的珊瑚物种在OA条件下具有提高ECF的pH值和维持钙化率的可变能力。将这一分析扩展到其他珊瑚物种并了解遗传/分子机制将有助于鉴定耐OA的珊瑚物种和/或种群。

在短期实验中，对OA响应导致的ECF pH的物种特异性上调已经被报道过。类似地，除了在更极端的pH降低（pH 7.5或更低）条件下，响应于OA条件的珊瑚细菌群落中特定物种的变化也被记录下来了。在这里，我们记录了ECF pH值的变化以及长期原位暴露于特定条件（-0.1 pH单位）的珊瑚细菌群落的组成，这些变化预计于本世纪末在中等排放情景下发生。沿海珊瑚礁的海水pH值下降速度可能比基于公海预测的下降速度更快，尤其是对于泻湖或混合性较弱的封闭海湾的珊瑚礁，因为群落新陈代谢和局部流域影响会导致当地海水pH值大幅下降和/或高度变化。因此，全球珊瑚礁可能很快就会或可能正在经历影响钙化和微生物共生所需的OA胁迫水平。

在Maug中描述的对OA胁迫的不同反应可能会对珊瑚种群动态产生长期影响。ECF的pH上调可使P. eydouxi在进一步OA的情况下维持正常钙化，但pH阈值以下的细菌群落不稳定可增加对其他环境干扰的易感性，或通过允许机会性病原体增殖或减少能量供应而导致死亡。相比之下，在OA条件下，P. lobata和P. rus的钙化或骨骼密度降低可能与其他珊瑚类似，但可能受益于更稳定的细菌群落。考虑到海水温度不断升高和全球反复发生的白化事件，一个稳定的、共生的细菌群落将是珊瑚礁持续存在的一个重要因素，即使是在相对原始的珊瑚礁上，比如在Maug发现的珊瑚礁。

包括OA在内的胁迫下，珊瑚的不同生理功能之间可能会发生再平衡。例如，与产卵的雄性群体相比，在OA条件下，Astrangia pocluata的产卵雌性群体需要更多能量来产生配子，从而钙化减少。然而，目前尚不清楚是否有其他生理功能，如调节细菌群落，也影响对海洋酸化的钙化敏感性，反之亦然。短期OA实验揭示了复杂的珊瑚钙化和细菌共生反应。实验性条件下的OA降低了丝孢菌（Seriatopora hystrix）的钙化率和微生物固氮率，OA和温度的双重胁迫破坏了热敏感珊瑚（Acropora millepora）的细菌群落，减少了钙化，表明钙化和细菌共生都受到了OA的负面影响。在耐热性更强的珊瑚（Turbinaria reniformis）中，OA和温度的双重胁迫既没有减少钙化，也没有破坏细菌群落的稳定性，这表明在短期胁迫下，这两种生理过程在某些珊瑚中都可以维持。

鉴于粘液和组织相关细菌与正在钙化的宿主组织的物理分离，细菌群落结构/组成与钙化生理学之间不太可能有直接联系。然而，这项研究中发现的ECF pH的上调和细菌群落结构的二分性揭示了长期OA下珊瑚宿主对其生理生化功能的潜在调节作用，值得进一步研究。珊瑚具有优化ECF钙化条件的细胞机制，该过程需要消耗ATP，且在OA增加的情况下，相对于海水pH升高，ECF pH的提高所需的能量需求呈指数增长。目前尚不清楚珊瑚是如何选择和调节其细菌群落的，但人们认为它涉及黏液的组成和脱落以及/或与免疫防御的相互作用，两者都具有巨大的功能。因此，通过在低pH点维持较高的ECF-pH值，P. eydouxi很可能比P. lobata和P. rus投入更多的能量用于钙化，可能是以维持细菌群落稳定所需的资源为代价。我们在这项研究中没有测量收集的珊瑚的骨骼密度或线性延伸率。然而，Enochs等人报告，在Maug，Porites spp的钙化率和线性延伸率降低。在长期OA条件下，需要进行控制性的、操作性的实验，将珊瑚细菌群落和钙化生理学的变化机械地联系起来，以确定不同的珊瑚物种如何对OA耐受性进行响应。

珊瑚骨骼中的Mn/Ca提供了一个有用的协变量，以概略估算长期喷口暴露，代替在现场对每个珊瑚群落进行离散的海水pH测量。不同地点，P. eydouxi和P. lobata骨骼中Mn/Ca均显著增加，表明三个采集地点的喷口暴露存在明显的梯度。P. rus显示的Mn/Ca要低得多。种间Mn结合量的差异可以解释为何P. rus在中、低pH取样点处Mn/Ca值较低的原因。然而，每个站点内珊瑚的自然分布以及礁石上排放物的不均匀分布也可以解释P.rus中Mn较弱。在低pH取样点，P. rus形成一个宽大的、单一的、高低起伏的墙壁，生长到喷口区的边缘。相比之下，P. eydouxi和P. lobata稀疏地分布在整个喷口区。因此，与P. eydouxi和P. lobata相比，P. rus的OA梯度可能没有那么大。

以前的研究强调了在利用火山喷口作为未来OA条件的自然实验室时，有必要考虑其他热液排放（如金属）作为潜在的混杂变量。目前尚未在喷口附近检测到富含硫的化合物，但Maug火山口确实释放出溶解的颗粒状锰、铝和铁，这些元素除了增加pCO2外，还可能影响宿主生理和细菌群落结构。为了解决这个问题，我们在细菌群落数据的子样本中使用了CCA分析，发现海水pH是所有三种珊瑚物种中细菌群落结构的最强预测变量，其次是锰和铁。锰和铁都可能影响细菌群落结构，因为这些微量元素被用于各种生物过程中，包括光合作用、氧化还原反应、养分获取、细胞粘附和生物膜形成，并且这些金属可能对微生物有毒。在所有地点的全部珊瑚样品中，已知为Mn或Fe还原剂或氧化剂的海洋细菌类群或已知与富含Mn的海洋环境有关的分类群并不丰富（占细菌总读数的1％）。例如，Chlorobiaceae需要Fe才能进行光合性光合作用，但是这个科的丰度与Fe的浓度不呈正相关。这些数据表明，Maug喷口中的微量元素排放不会直接改变与珊瑚有关的细菌群落。但是，这些其他喷口排放物对粘液细菌的直接影响可能难以检测。此外，我们目前无法评估其他喷口的排放是否会通过对宿主生理的影响来影响细菌群落的结构或组成。

利用16S rRNA基因扩增子测序和生物地球化学分析，可以更深入地了解OA对珊瑚生理的长期影响。本文所描述的物种对长期OA的特异性反应及其潜在的生态影响，突出表明需要了解造礁珊瑚对OA的差异敏感性和适应性背后的机制。这项研究没有调查Symbiodiniaceae的反应，也没有试图回答Symbiodiniaceae的反应是如何相互影响的。由于能够利用骨骼生物地球化学方法控制火山影响，因此必须利用二氧化碳喷口（如Maug火山口）的高研究潜力，以便更好地了解随着全球二氧化碳排放量的不断增加，珊瑚完整生物生理学的变化将如何影响珊瑚礁生态系统的健康和功能。

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