揚聲器 | 成績單 |
| 安德森·梅菲爾德 | 好的，謝謝大家的收看。 我叫安德森·梅菲爾德，是美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 以及邁阿密大學的助理科學家。 |
| 今天我要和大家談談我在過去 20 多年裡所做的一些研究，旨在預測珊瑚礁的命運。 |
| 因為我將在接下來的 35-40 分鐘內嘗試涵蓋大量內容，所以我想從一開始就感謝我的資助機構，特別是 NSF、NOAA、 |
| 海洋生命基金會。 我很幸運能夠在我的職業生涯中完成很多工作都是在遠程進行的 |
| 使用一些相當新技術的地點往往很昂貴，所以我非常幸運能夠與這些支持這項工作的優秀機構合作。 |
| 所以我實際上對珊瑚生物學的各個方面都感興趣，從基礎細胞生物學開始。 細胞如何日復一日地發揮作用。 正如我將向您展示的那樣，牢房非常擁擠。 |
| 我做了很長一段時間，基本上是在進行水族館研究，用不同的壓力源（例如溫度和海洋酸化）挑戰珊瑚， |
| PCO2 水平。我們是在微觀世界和中觀世界中做這件事的。 我們稱之為環境生理學……我今天實際上要向您展示一些這方面的數據。 |
| 過去幾年我真正關注的是預測，這也是本次演講的核心。 |
| 這裡我指的是分子診斷。 我們如何知道珊瑚是否生病了？ 我們通常要等到它快死了才診斷。 我想做的就是嘗試推動... |
| 將其從這種追溯性診斷方法轉變為更主動的診斷方法。 我們能否在珊瑚開始生病之前發現它們健康狀況的細微下降？ |
| 我們能否預測哪些在未來幾十年內表現最好，哪些不會？ |
| 因此，這是我日復一日所做工作的核心，也是我今天要談論的內容。 |
| 因此，我向之前聽過我的一些 JMP 演講的人表示歉意；你會看到很多重複的內容 |
| 但我基本上想讓每個人都了解一些珊瑚礁生物學，這對於理解至關重要 |
| 為什麼我按照我的方式做事。 我要談談珊瑚礁面臨的一些問題。 不幸的是，我們大多數人現在都在珊瑚礁領域工作， |
| 研究珊瑚礁不僅因為它們美麗而迷人，還因為它們正在以如此快的速度死亡。 |
| 然後我將討論兩種完全不同但可能互補的預測珊瑚命運的方法。 其中之一是從衛星數據中觀察全球溫度趨勢。 這是大多數人所依賴的 |
| 正如我們現在所說。 然後我將與您討論一些新數據，並且我將使用 JMP 向您展示如何快速地從機器上獲取一些分子分析物數據 |
| 並使用基於細胞的方法直接進行預測。 因此，我們不是通過觀察全球溫度模式來預測珊瑚的健康狀況，而是實際上觀察珊瑚細胞的內部，看看是否可以診斷出任何可能出現問題的地方。 |
| 因為我會嘗試在相對壓縮的時間內涵蓋這麼多內容，所以我本質上會掩蓋一些事情。 所以如果你有任何疑問，我正在上傳 |
| 我今天要向您展示的所有數據。 裡面有隱藏的幻燈片。 因此，您可能會看到我在 JMP 中做了一些事情，但您不明白髮生了什麼。 |
| 它們實際上位於 PowerPoint 中。 因此，如果您去下載它，您可以看到實質內容、一步一步的分析細節。 |
| 你可以這樣做。 你可以，你可以，我正在將所有數據（PowerPoint）開放獲取，所以給我發電子郵件。 您可以查看我在此處列出的我的個人網站。 |
| 我非常樂意回答任何問題。 我認為這些數據很重要。 所以，你知道，它們還沒有發布。 但是，您知道，您可以在閒暇時隨意看看它們。 |
| 所以我想大多數人對珊瑚礁是什麼都有一個大概的了解。 我只是想從一開始就放棄這個定義，它是一種基於碳酸鈣的結構。 |
| 它是通過動植物共生建立的。 他們喜歡溫暖的水。 但正如您很快就會看到的那樣，不太溫暖。 |
| 它們往往位於赤道和熱帶附近，往往具有非常高的魚類和無脊椎動物的生物多樣性。 從這張圖片中你可以看到， |
| 小生物有很多藏身之處。 這意味著它們是具有重要商業意義的漁業的重要苗圃，並且確實緩衝了海岸線 |
| 來自……遭受風暴和海浪破壞的海岸線，為人類提供了許多生態系統服務。 坦率地說，這不是我研究珊瑚礁的原因。 我研究它們是因為我認為 |
| 他們很漂亮。 我喜歡水肺潛水。 我認為潛在的框架構建生物體本身非常令人著迷，因此珊瑚礁也是如此。 |
| 事實上，珊瑚礁不僅僅是一種動物。 它大約一半的組織內含有植物細胞，特別是甲藻。 |
| 這些甲藻，我在這裡給大家展示了，這個令人費解的科名是共生藻科，這些甲藻具有光合作用活性。 它們從陽光中固定碳，就像植物一樣，並將固定的碳轉移到宿主體內 |
| 是的。 珊瑚可以進食；它們有一種特殊的刺細胞，稱為刺絲細胞，所有刺胞動物都有， |
| 但坦率地說，他們依靠內共生體來滿足大部分營養需求。 內共生體也越來越多 |
| 他們從珊瑚中獲取廢物用於新陳代謝。 他們正在尋找庇護所。 這是一個非常複雜的 |
| 50 多年來，互利關聯一直是研究的焦點，但仍有許多關鍵方面我們不了解。 |
| 事實上，在這次演講中你需要知道的是，珊瑚的三分之二是動物，三分之一是植物。 |
| 生理學家的觀點。 所以這基本上是生理上的矛盾，因為它是一種可以通過與甲藻的互利共生進行光合作用的動物。 |
| 如果你想了解珊瑚的健康狀況，你不僅需要關注珊瑚本身，還需要關注它的甲藻內共生體。 事實上，它的意義遠不止於此。 |
| 珊瑚擁有一個完整的迷你生態系統，我們稱之為微生物組。 珊瑚骨架上、內部甚至內部存在大量細菌、病毒和真菌。 |
| 我今天只想談論甲藻和珊瑚宿主，但我只想說，如果你真的想有一個整體的理解，你需要考慮我們所說的整個生物體，這是一個融合宿主和共生體。 |
| 所以我想這可能是你們大多數人已經知道的事情。 珊瑚礁面臨著許多全球性威脅。 沿海開發等導致海水污染。 存在過度捕撈。 |
| 在佛羅里達州，我們特別關注疾病。 目前，一種叫做石珊瑚組織損失的疾病正在肆虐佛羅里達州的珊瑚礁。 |
| 但在全球範圍內，我敢說，大多數珊瑚生物學家都會認為氣候變化是珊瑚礁面臨的主要威脅。 原因 |
| 這些珊瑚基本上已經生活在其耐熱性上限附近。 如果你把溫度提高一點 |
| 超出了他們所能承受的範圍，他們就會漂白。 所以您將在這裡看到您在這張圖片中看到的內容。 這意味著它們要么失去了甲藻。 |
| 他們要么驅逐了它們，要么消化了它們。 甲藻可能仍然存在於珊瑚中，但它們已經失去了作用 |
| 這些珊瑚不能再進行光合作用，這意味著它們不能再自我滋養。 |
| 如果它們不能迅速重新獲得共生體，或者也許無法獲得經過它們的富含食物的海水的沖刷，它們就會餓死而死。 |
| 因此，通常您會看到，當溫度比當年的平均高溫高出約一攝氏度時，就會看到白化。 |
| 幾十年來，人們都知道這一點。 NOAA 大約 20 年前做了什麼，他們啟動了這個名為“珊瑚礁觀察”的項目。 這真是一個不錯的網站。 我建議你去看看。 它基於一個非常簡單的想法。 將珊瑚暴露在比正常情況更熱的水中 |
| 在很長一段時間內，這普遍都是不好的。 這個想法被稱為度供暖週，所以我將嘗試解釋它。 |
| 這是......我對低分辨率的數字表示歉意，但這是他們在網站上包含的指導性數字。 讓我們來看看這個圖，因為這很重要。 |
| 因此，在左側 y 軸上，您可以看到 SST 代表海面溫度，即衛星推斷的溫度數據。 |
| 右邊是供暖週的度數，它基本上是高於正常溫度的攝氏度乘以時間的積分。 因此，在本例中，大約 29 度的藍色陰影線是一年中最熱月份的尾隨平均值，在本例中看起來可能是 |
| 我猜是在夏天。 |
| 因此，您開始積累的壓力比該跟踪月均值高一級。 那麼就是 29 加一就是 30。 |
| 所以這些珊瑚在30度以上度過的時間，這個例子是來自巴爾米拉環礁， |
| 是當你累積這些度數供暖週時。 因此，如果連續四個星期的氣溫比月平均最高溫度高出一攝氏度，那麼這週就是四度高溫。 |
| 氣溫比月平均最高溫度高出 2 攝氏度，因此在本例中為 31 攝氏度，持續兩週，這也將是高溫週 4 度。 所以這... |
| 他們的基本假設是，你知道，兩週內比月平均高點高出兩攝氏度將導致相同的漂白終點 |
| 作為四個星期的一個學位。 從生理學家的角度來看，這可能存在一些問題，但我認為總的來說，這是一個非常好的 |
| 公制。他們的基本基準是什麼，一旦你的高溫週超過四度，一旦你進入四到八個窗口，你可能會開始看到白化現象。 |
| 所以， |
| 他們在網站上有一些非常漂亮的 gif 圖像，可以向您顯示過去的數據。 我認為這是在關注過去三四個月的情況。 |
| 所以這是在加勒比海，基本上你看到紅色的地方，這是當你有四到八週的高溫時。 他們預測這就是白化實際上會發生的地方。 |
| 他們不這樣做...NOAA 本身並沒有真正進行任何地面實況調查，所以 |
| 他們依靠個人，你知道，通過電子郵件和電話說：“嘿，你知道你對我喜歡的這個特定珊瑚礁的預測是錯誤的。 |
| 或者說這是對的。” 我想，你知道，現在我們很多人都坐在家裡。 我們不能潛水。 |
| 你知道，這種計算機科學也許是我們能做的最好的事情。 今年夏天只是觀察氣溫的變化，然後希望珊瑚能夠經受住風暴。 |
| 我想說，有一種完全不同的預測方法來觀察珊瑚的健康狀況 |
| 這實際上不是在看……所以珊瑚礁觀察看起來是在一年之內，向您展示了白化的進展 |
| 在一年中最熱的時候。 他們實際上延長了四個月的時間。 所以他們的算法會嘗試預測 |
| 就像天氣一樣，未來四個月這些珊瑚礁將會發生什麼。 在這個模型中，這是一種 |
| NOAA 的珊瑚觀察與一些基於 IBCC 氣候變化生產的聯合國模型的結合...預測， |
| 它正在尋找有點不同的東西。 因此，在這裡，您看到的不是細胞內的溫度，而是每年嚴重白化的開始年份。 |
| 這意味著什麼？ 今年他們根據溫度記錄和保護預測預測，在高溫週內，你將開始看到白化現象 |
| 每年。 這很可怕 因為如果珊瑚白化一年 |
| 例如，在一個炎熱的夏天，你可能會看到一些珊瑚死亡，但珊瑚將會恢復。 有些人會適應環境。 你甚至可能會看到適應 |
| 當你開始經歷多年的白化，基本上沒有喘息的機會時，珊瑚就會真正開始退化。 你可以看到這很可怕 因為如果你看一下規模 |
| 2015年，顯然已經過去了。 我們有珊瑚礁（這是南佛羅里達州的地圖），我們有珊瑚礁，預計整個像素都會白化，大約 25 x 25 公里，每年都會白化。 |
| 所以我感興趣的是，我是一名生理學家。 我想要...我不想嘗試與這些模型相矛盾，我想要嘗試做的事情 |
| 深入研究每一個 25 x 25 公里的正方形，因為我們知道這些是全球比例模型。 他們沒有告訴你 |
| 這些像素中的每一個珊瑚都會白化。 我們知道將會存在異質性。 我們知道將會出現一些更強大的物種。 即使在物種內部，也會有更強的基因型。 |
| 這就是像我這樣的人感興趣的。 我們能否通過考慮因素來提高這些模型的空間分辨率，甚至可能提高時間分辨率 |
| 來自珊瑚本身的數據？ 這只是看溫度。 我們如何將其與實際珊瑚的健康狀況結合起來？ 所以在我來 NOAA 之前 |
| 一年半前，佛羅里達群島上游實際上已經完成了大量工作，這對我來說非常好。 我們已經有了 |
| 珊瑚礁，我們了解過去 20 或 30 年有關其海洋學和生態的一切。 對於像我這樣想去的人 |
| 採集樣本，進行一些分析，做出預測，這是一個非常好的設置。 所以我真的要特別討論四個站點。 我只是要談論 Cheeca Rocks，但我只想向您展示我們已經有了這個 |
| 岩石和奇卡岩石是我們首選的近岸珊瑚礁地點。 小海螺和克羅克礁都在近海，其實還有更多。 |
| 但從過去 20 或 30 年的大量數據中我們知道，這些近海珊瑚礁的恢復能力更強。 |
| 珊瑚更強壯，珊瑚覆蓋率更高，它們能更好地抵抗疾病和高溫。 這是因為他們已經承受了壓力 |
| 這些環境極其惡劣。 所以這是一個悖論，他們生活在骯髒的環境中 |
| 珊瑚的渾濁水……珊瑚通常不會在其中生長的高營養水，但它們已經適應或可能適應了那裡的生活。 因此，當未來的壓力源向他們襲來時，他們能夠更好地抵抗它們。 所以 |
| 雖然近海珊瑚礁可能是您想要度假的地方，但海水俱有美麗的加勒比海景色， |
| 但珊瑚看起來就像你在右邊看到的那樣。 它們只是小塊珊瑚。 其中大部分已因白化和疾病而死亡。 近海珊瑚礁，你仍然可以看到這些大的 |
| 巨大的珊瑚群落。 您在這裡看到的這個物種是 Orbicella faveolata，這將是我在本次演講中重點介紹的物種。 |
| 實際上，尤其是從奇卡岩石 (Cheeca Rocks) 中，您可以獲得一些非常漂亮的圖像。 一些 NOAA 網站上的一些國家海洋保護區，尤其是這個網站，您可以進行虛擬潛水。 |
| 因此，讓我們看一下 Cheeco Rocks 的溫度數據，並在我之前告訴過您的關於那些度數加熱週的背景下考慮它 |
| NOAA 的珊瑚觀察預測。 所以實際上我在圖形生成器中做了這個，我應該提到當我稍後轉到 JMP 時我實際上正在使用 |
| 16 的測試版。 但我不會介紹 JMP 15 用戶尚未使用的任何工具。 |
| 這將是非常基本的事情。 因此，我將在本次演講中向您展示 JMP 16 本質上沒有任何特定內容。 |
| 所以在這裡我使用 Graph Builder，我所做的，我嘗試模仿 NOAA 的珊瑚觀察圖，但只關注 Cheeca Rocks。 所以我們在左側 y 軸上得到了海面溫度， |
| 加熱週的度數在右邊。 因此奇卡岩石的尾隨平均氣溫，因此一年中的最高氣溫是在七月和八月。 31 度，對於珊瑚礁來說已經非常熱了。 |
| 如果您使用聯合國 NOAA 建議的每月平均最高溫度加一，那就是 32 度。 所以你會期望珊瑚開始積累壓力 |
| 32度以上。 您可以根據溫度高於 32 度的時間來計算供暖週數。 然而，我們知道這實際上太熱了。 如果你 |
| 如果你的供暖週數是基於 32 度，那麼你永遠不會達到四度供暖週閾值，你可以看到這裡最底部的陰影紅線。 |
| 相反，我在此圖中所做的是將 JMP 中的供暖週計算重置為 31.3。 那是 |
| 有點像我們的漂白閾值。 我們知道，由於我們經常訪問這些網站，32 太高了。 一旦這些珊瑚高於 31.3 |
| 四到八週後，它們就開始漂白。 所以你知道，這並不是說 NOAA 珊瑚手錶模型不好，只是在特定位置，它們可能需要根據你自己的現場觀察進行一些調整。 |
| 所以這實際上是我們多年來對奇卡岩石的詳細研究。 你可以看到，根據我們的 31.3，我們首先在 2014 年和 15 年開始看到白化現象，以及這些年的升溫週數。 |
| 閾值（即紅實線）超過 10，這是一個很大的數字。 |
| 所以我們肯定會期望在那些年裡看到白化現象。 異常的是 2016 年。2016 年在圖表中有點模糊，但你可以看到它的頂部，最頂部的紅色 |
| 柱子幾乎處於九到十度供暖週的範圍內。 那年珊瑚礁應該已經白化了，但他們沒有。 |
| 所以，你知道，這可能是適應環境或只是總體恢復，但那是反常的一年。 2017 年是較涼爽的一年，儘管我們看到連續八週的高溫，珊瑚礁沒有白化，但隨後 2018 年白化，2019 年白化。 |
| 然後我今天早上就更新了這個，以放大到 2020 年，遺憾的是，當我幾週前第一次做這個演講時， |
| 你知道，我們沒有任何白化威脅，但現在你可以看到紅條爬上四度，因為過去幾週氣溫一直高於 31.3，所以不幸的是，我們可能會迎來另一個白化年。 |
| 所以我們……與珊瑚一起工作的好處是它們是無柄的，所以它們不會移動，除非它們的幼蟲。 所以在這些網站中， |
| 我們不僅可以去看看，你知道，漂白 |
| 年復一年，我們對殖民地進行了標記。 我們可以在不同時間對它們進行採樣，我們可以看到它們的生理機能如何隨著這些溫度變化而變化。 |
| 然後我們實際上可以，我們實際上擁有奢侈，因為我們知道每年在漂白方面最終發生了什麼，你知道，我們可以事後預測。 我們知道，嘿，我在三月份採集了樣本； |
| 珊瑚在八月白化了。 也許我們可以研究一下之前進行的活檢，看看是否可以檢測到任何壓力。 |
| 我真正想做的並不是過多關注漂白過程的時間表，因為我認為 Coral Watch 在這方面做得足夠好， |
| 夏天漂白較多。 我們將無法對此進行改進。 也許你可以把時間安排得更好一些。 我真正想知道的是 |
| 為什麼在這個特定的例子中，你會看到部分漂白（即 PB）、漂白（即 BL）或 NB（未漂白），為什麼你會看到 |
| 這種異質性？ 它並不那麼明顯，除非你看右下角，你會看到蒼白的菌落。 您會看到菌落沒有褪色。 |
| 為什麼有些珊瑚比其他珊瑚更強壯？ 我們能否使用這些菌落的信息來進行一項測試，以創建受壓菌落的特徵、蛋白質組或分子特徵 |
| 與有彈性的人相比。 我認為這實際上更有用。 可能無法 |
| ...提前知道哪些珊瑚將首先白化或其次白化。 但我們也許可以知道，嘿，根據我的 |
| 活檢，根據我的分子分析和我得出的預測模型，我預測，這種珊瑚將能夠更好地抵抗這裡的白化。 |
| 這就是我的目標。 自從我在夏威夷讀博士以來，我過去一直在努力解決這個問題。 |
| 它主要是做基因表達的事情，看看我們是否能找到任何基因？？？那些更容易受到壓力影響的珊瑚會表現出一種表情。 |
| 也許它們根本不用於有彈性的珊瑚，或者反之亦然。 也許有些基因只被耐寒的珊瑚使用。 這些是我們可以衡量的。 |
| 後來我發現基因表達和蛋白質濃度之間確實沒有相關性 |
| 在珊瑚中。 所以是的，您仍然可以使用基因數據進行生物標誌物分析。 基因表達數據在預測珊瑚健康方面可能仍然非常有用， |
| 但如果你想同時了解細胞中發生了什麼，如果你想了解細胞行為，你實際上需要觀察蛋白質。 你無法推斷 |
| 蛋白質水平來自基因表達水平，因為珊瑚的 R 平方基本上為零，而對於它們的共生體來說，R 平方基本上為零。 因此，大約兩三年前，我對蛋白質組學的研究做出了巨大的轉變。 |
| 所以，當我第一次寫這篇摘要時，我今天本來想向您展示的是 |
| 來自我們標記的菌落的現場數據，以顯示它們的蛋白質特徵如何隨時間變化 |
| 對於壓力敏感和有彈性的珊瑚。 當我們的實驗室重新開放時，這將是我要做的第一件事。 很遺憾， |
| 由於新冠疫情，我們現在不能進行實驗室工作。 我們實際上不被允許進行實地工作。 因此，我將向您展示一些我認為仍然可能有用的實驗數據 |
| 在回答其中一些問題時。 所以基本上我們這裡有我們最喜歡的珊瑚，Orbicella faveolata。 |
| 這是來自佛羅里達群島上游的一隻顏色蒼白的珊瑚。 我們從我之前向您展示的四個現場站點中獲取了它們， |
| 我們做了一個簡單的實驗。 我們在 30 度的受控溫度與 33 度的極高溫度下進行了為期五天的研究。 這些將被編碼為紅色 |
| 在圖中，或者可能帶有 V，表示非常高。 然後我們做了某種更現實的研究，在相同的控制溫度下暴露 31 天，但暴露在與環境更相關的 32 度高溫下。 |
| 您記得 32 正在進入大多數珊瑚無法抵抗長期暴露於 32 的區域。 |
| 所以我所做的......好吧，我想做的是研究這些珊瑚的細胞，看看是否有任何僅在珊瑚中發現的蛋白質會繼續白化。 |
| 是否有一些只存在於能夠適應環境的有彈性的物種中？ |
| 所以我採取了鳥槍法蛋白質組學方法。 這是一種奇特的方式，只是說我剛剛用質譜法對該樣本中的所有蛋白質進行了測序。 |
| 如果你深入了解分子分析和質譜儀的本質，這實際上一點也不簡單。 今天不打算討論這個，只是想提一下我們使用這個 |
| Thermo Fisher 質譜儀稱為 Q Exactive。 它是迄今為止開發的最好的分析儀器之一。 它的功能和靈敏度令人驚嘆。 |
| 但我確實想再次強調，當你對珊瑚進行這些類型的分析時，我們得到的是珊瑚蛋白，你得到的是甲藻蛋白。 兩者兼顧非常重要。 你可能有 .... |
