扬声器 | 成绩单 |
| 安德森·梅菲尔德 | 好的，谢谢大家的收看。 我叫安德森·梅菲尔德，是美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 以及迈阿密大学的助理科学家。 |
| 今天我要和大家谈谈我在过去 20 多年里所做的一些研究，旨在预测珊瑚礁的命运。 |
| 因为我将在接下来的 35-40 分钟内尝试涵盖大量内容，所以我想从一开始就感谢我的资助机构，特别是 NSF、NOAA、 |
| 海洋生命基金会。 我很幸运能够在我的职业生涯中完成很多工作都是在远程进行的 |
| 使用一些相当新技术的地点往往很昂贵，所以我非常幸运能够与这些支持这项工作的优秀机构合作。 |
| 所以我实际上对珊瑚生物学的各个方面都感兴趣，从基础细胞生物学开始。 细胞如何日复一日地发挥作用。 正如我将向您展示的那样，牢房非常拥挤。 |
| 我做了很长一段时间，基本上是在进行水族馆研究，用不同的压力源（例如温度和海洋酸化）挑战珊瑚， |
| PCO2 水平。我们是在微观世界和中观世界中做这件事的。 我们称之为环境生理学……我今天实际上要向您展示一些这方面的数据。 |
| 过去几年我真正关注的是预测，这也是本次演讲的核心。 |
| 这里我指的是分子诊断。 我们如何知道珊瑚是否生病了？ 我们通常要等到它快死了才诊断。 我想做的就是尝试推动... |
| 将其从这种追溯性诊断方法转变为更主动的诊断方法。 我们能否在珊瑚开始生病之前发现它们健康状况的细微下降？ |
| 我们能否预测哪些在未来几十年内表现最好，哪些不会？ |
| 因此，这是我日复一日所做工作的核心，也是我今天要谈论的内容。 |
| 因此，我向之前听过我的一些 JMP 演讲的人表示歉意；你会看到很多重复的内容 |
| 但我基本上想让每个人都了解一些珊瑚礁生物学，这对于理解至关重要 |
| 为什么我按照我的方式做事。 我要谈谈珊瑚礁面临的一些问题。 不幸的是，我们大多数人现在都在珊瑚礁领域工作， |
| 研究珊瑚礁不仅因为它们美丽而迷人，还因为它们正在以如此快的速度死亡。 |
| 然后我将讨论两种完全不同但可能互补的预测珊瑚命运的方法。 其中之一是从卫星数据中观察全球温度趋势。 这是大多数人所依赖的 |
| 正如我们现在所说。 然后我将与您讨论一些新数据，并且我将使用 JMP 向您展示如何快速地从机器上获取一些分子分析物数据 |
| 并使用基于细胞的方法直接进行预测。 因此，我们不是通过观察全球温度模式来预测珊瑚的健康状况，而是实际上观察珊瑚细胞的内部，看看是否可以诊断出任何可能出现问题的地方。 |
| 因为我会尝试在相对压缩的时间内涵盖这么多内容，所以我本质上会掩盖一些事情。 所以如果你有任何疑问，我正在上传 |
| 我今天要向您展示的所有数据。 里面有隐藏的幻灯片。 因此，您可能会看到我在 JMP 中做了一些事情，但您不明白发生了什么。 |
| 它们实际上位于 PowerPoint 中。 因此，如果您去下载它，您可以看到实质内容、一步一步的分析细节。 |
| 你可以这样做。 你可以，你可以，我正在将所有数据（PowerPoint）开放获取，所以给我发电子邮件。 您可以查看我在此处列出的我的个人网站。 |
| 我非常乐意回答任何问题。 我认为这些数据很重要。 所以，你知道，它们还没有发布。 但是，您知道，您可以在闲暇时随意看看它们。 |
| 所以我想大多数人对珊瑚礁是什么都有一个大概的了解。 我只是想从一开始就放弃这个定义，它是一种基于碳酸钙的结构。 |
| 它是通过动植物共生建立的。 他们喜欢温暖的水。 但正如您很快就会看到的那样，不太温暖。 |
| 它们往往位于赤道和热带附近，往往具有非常高的鱼类和无脊椎动物的生物多样性。 从这张图片中你可以看到， |
| 小生物有很多藏身之处。 这意味着它们是具有重要商业意义的渔业的重要苗圃，并且确实缓冲了海岸线 |
| 来自……遭受风暴和海浪破坏的海岸线，为人类提供了许多生态系统服务。 坦率地说，这不是我研究珊瑚礁的原因。 我研究它们是因为我认为 |
| 他们很漂亮。 我喜欢水肺潜水。 我认为潜在的框架构建生物体本身非常令人着迷，因此珊瑚礁也是如此。 |
| 事实上，珊瑚礁不仅仅是一种动物。 它大约一半的组织内含有植物细胞，特别是甲藻。 |
| 这些甲藻，我在这里给大家展示了，这个令人费解的科名是共生藻科，这些甲藻具有光合作用活性。 它们从阳光中固定碳，就像植物一样，并将固定的碳转移到宿主体内 |
| 是的。 珊瑚可以进食；它们有一种特殊的刺细胞，称为刺丝细胞，所有刺胞动物都有， |
| 但坦率地说，他们依靠内共生体来满足大部分营养需求。 内共生体也越来越多 |
| 他们从珊瑚中获取废物用于新陈代谢。 他们正在寻找庇护所。 这是一个非常复杂的 |
| 50 多年来，互利关联一直是研究的焦点，但仍有许多关键方面我们不了解。 |
| 事实上，在这次演讲中你需要知道的是，珊瑚的三分之二是动物，三分之一是植物。 |
| 生理学家的观点。 所以这基本上是生理上的矛盾，因为它是一种可以通过与甲藻的互利共生进行光合作用的动物。 |
| 如果你想了解珊瑚的健康状况，你不仅需要关注珊瑚本身，还需要关注它的甲藻内共生体。 事实上，它的意义远不止于此。 |
| 珊瑚拥有一个完整的迷你生态系统，我们称之为微生物组。 珊瑚骨架上、内部甚至内部存在大量细菌、病毒和真菌。 |
| 我今天只想谈论甲藻和珊瑚宿主，但我只想说，如果你真的想有一个整体的理解，你需要考虑整个我们所说的引用不引用全生物，这是一个融合宿主和共生体。 |
| 所以我想这可能是你们大多数人已经知道的事情。 珊瑚礁面临着许多全球性威胁。 沿海开发等导致海水污染。 存在过度捕捞。 |
| 在佛罗里达州，我们特别关注疾病。 目前，一种叫做石珊瑚组织损失的疾病正在肆虐佛罗里达州的珊瑚礁。 |
| 但在全球范围内，我敢说大多数珊瑚生物学家都会认为气候变化是珊瑚礁面临的主要威胁。 原因 |
| 这些珊瑚基本上已经生活在其耐热性上限附近。 如果你把温度提高一点 |
| 超出了他们所能承受的范围，他们就会漂白。 所以您将在这里看到您在这张图片中看到的内容。 这意味着它们要么失去了甲藻。 |
| 他们要么驱逐了它们，要么消化了它们。 甲藻可能仍然存在于珊瑚中，但它们已经失去了作用 |
| 这些珊瑚不能再进行光合作用，这意味着它们不能再自我滋养。 |
| 如果它们不能迅速重新获得共生体，或者也许无法获得经过它们的富含食物的海水的冲刷，它们就会饿死而死。 |
| 因此，通常您会看到，当温度比当年的平均高温高出约一摄氏度时，就会看到白化。 |
| 几十年来，人们都知道这一点。 NOAA 大约 20 年前做了什么，他们启动了这个名为“珊瑚礁观察”的项目。 这真是一个不错的网站。 我建议你去看看。 它基于一个非常简单的想法。 将珊瑚暴露在比正常情况更热的水中 |
| 在很长一段时间内，这普遍都是不好的。 这个想法被称为度供暖周，所以我将尝试解释它。 |
| 这是......我对低分辨率的数字表示歉意，但这是他们在网站上包含的指导性数字。 让我们来看看这个图，因为这很重要。 |
| 因此，在左侧 y 轴上，您可以看到 SST 代表海面温度，即卫星推断的温度数据。 |
| 右边是供暖周的度数，它基本上是高于正常温度的摄氏度乘以时间的积分。 因此，在本例中，大约 29 度的蓝色阴影线是一年中最热月份的追踪平均值，在本例中看起来可能是 |
| 我猜是在夏天。 |
| 因此，您开始积累的压力比该跟踪月均值高一级。 那么就是 29 加一就是 30。 |
| 所以这些珊瑚在30度以上度过的时间，这个例子是来自巴尔米拉环礁， |
| 是当你累积这些度数供暖周时。 因此，如果连续四个星期的气温比月平均最高温度高出一摄氏度，那么这周就是四度高温。 |
| 气温比月平均最高温度高出 2 摄氏度，因此在本例中为 31 摄氏度，持续两周，这也将是高温周 4 度。 所以这... |
| 他们的基本假设是，你知道，两周内高于月平均高点两摄氏度将导致相同的漂白终点 |
| 作为四个星期的一个学位。 从生理学家的角度来看，这可能存在一些问题，但我认为总的来说，这是一个非常好的 |
| 公制。他们的基本基准是什么，一旦你的高温周超过四度，一旦你进入四到八个窗口，你可能会开始看到白化现象。 |
| 所以， |
| 他们在网站上有一些非常漂亮的 gif 图像，可以向您显示过去的数据。 我认为这是在关注过去三四个月的情况。 |
| 所以这是在加勒比海，基本上你看到红色的地方，这是当你有四到八周的高温时。 他们预测这就是白化实际上会发生的地方。 |
| 他们不这样做...NOAA 本身并没有真正进行任何地面实况调查，所以 |
| 他们依靠个人，你知道，通过电子邮件和电话说：“嘿，你知道你对我喜欢的这个特定珊瑚礁的预测是错误的。 |
| 或者说这是对的。” 我想，你知道，现在我们很多人都坐在家里。 我们不能潜水。 |
| 你知道，这种计算机科学也许是我们能做的最好的事情。 今年夏天只是观察气温的变化，然后希望珊瑚能够经受住风暴。 |
| 我想说，有一种完全不同的预测方法来观察珊瑚的健康状况 |
| 这实际上不是在看……所以珊瑚礁观察看起来是在一年之内，向您展示了白化的进展 |
| 在一年中最热的时候。 他们实际上延长了四个月的时间。 所以他们的算法会尝试预测 |
| 就像天气一样，未来四个月这些珊瑚礁将会发生什么。 在这个模型中，这是一种 |
| NOAA 的珊瑚观察与一些基于 IBCC 气候变化生产的联合国模型的结合...预测， |
| 它正在寻找有点不同的东西。 因此，在这里，您看到的不是细胞内的温度，而是每年严重白化的开始年份。 |
| 这意味着什么？ 今年他们根据温度记录和保护预测预测，在高温周内，你将开始看到白化现象 |
| 每年。 这很可怕 因为如果珊瑚白化一年 |
| 例如，在一个炎热的夏天，你可能会看到一些珊瑚死亡，但珊瑚将会恢复。 有些人会适应环境。 你甚至可能会看到适应 |
| 当你开始经历多年的白化，基本上没有喘息的机会时，珊瑚就会真正开始退化。 你可以看到这很可怕 因为如果你看一下规模 |
| 2015年，显然已经过去了。 我们有珊瑚礁（这是南佛罗里达州的地图），我们有珊瑚礁，预计整个像素都会白化，大约 25 x 25 公里，每年都会白化。 |
| 所以我感兴趣的是，我是一名生理学家。 我想要...我不想尝试与这些模型相矛盾，我想要尝试做的事情 |
| 深入研究每一个 25 x 25 公里的正方形，因为我们知道这些是全球比例模型。 他们没有告诉你 |
| 这些像素中的每一个珊瑚都会白化。 我们知道将会存在异质性。 我们知道将会出现一些更强大的物种。 即使在物种内部，也会有更强的基因型。 |
| 这就是像我这样的人感兴趣的。 我们能否通过考虑因素来提高这些模型的空间分辨率，甚至可能提高时间分辨率 |
| 来自珊瑚本身的数据？ 这只是看温度。 我们如何将其与实际珊瑚的健康状况结合起来？ 所以在我来 NOAA 之前 |
| 一年半前，佛罗里达群岛上游实际上已经完成了大量工作，这对我来说非常好。 我们已经有了 |
| 珊瑚礁，我们了解过去 20 或 30 年有关其海洋学和生态的一切。 对于像我这样想去的人 |
| 采集样本，进行一些分析，做出预测，这是一个非常好的设置。 所以我真的要特别讨论四个站点。 我只是要谈论 Cheeca Rocks，但我只想向您展示我们已经有了这个 |
| 岩石和奇卡岩石是我们首选的近岸珊瑚礁地点。 小海螺和克罗克礁都在近海，其实还有更多。 |
| 但从过去 20 或 30 年的大量数据中我们知道，这些近海珊瑚礁的恢复能力更强。 |
| 珊瑚更强壮，珊瑚覆盖率更高，它们能更好地抵抗疾病和高温。 这是因为他们已经承受了压力 |
| 这些环境极其恶劣。 所以这是一个悖论，他们生活在肮脏的环境中 |
| 珊瑚的浑浊水……珊瑚通常不会在其中生长的高营养水，但它们已经适应或可能适应了那里的生活。 因此，当未来的压力源向他们袭来时，他们能够更好地抵抗它们。 所以 |
| 虽然近海珊瑚礁可能是您想要度假的地方，但海水具有美丽的加勒比海景色， |
| 但珊瑚看起来就像你在右边看到的那样。 它们只是小块珊瑚。 其中大部分已因白化和疾病而死亡。 近海珊瑚礁，你仍然可以看到这些大的 |
| 巨大的珊瑚群落。 您在这里看到的这个物种是 Orbicella faveolata，这将是我在本次演讲中重点介绍的物种。 |
| 实际上，尤其是从奇卡岩石 (Cheeca Rocks) 中，您可以获得一些非常漂亮的图像。 一些 NOAA 网站上的一些国家海洋保护区，尤其是这个网站，您可以进行虚拟潜水。 |
| 因此，让我们看一下来自 Cheeco Rocks 的温度数据，并在我之前告诉过您的关于那些度数加热周的背景下考虑它 |
| NOAA 的珊瑚观察预测。 所以实际上我在图形生成器中做了这个，我应该提到当我稍后转到 JMP 时我实际上正在使用 |
| 16 的测试版。 但我不会介绍 JMP 15 用户尚未使用的任何工具。 |
| 这将是非常基本的事情。 因此，我将在本次演讲中向您展示 JMP 16 本质上没有任何特定内容。 |
| 所以在这里我使用 Graph Builder，我所做的，我尝试模仿 NOAA 的珊瑚观察图，但只关注 Cheeca Rocks。 所以我们在左侧 y 轴上得到了海面温度， |
| 加热周的度数在右边。 因此奇卡岩石的尾随平均气温，因此一年中的最高气温是在七月和八月。 31 度，对于珊瑚礁来说已经非常热了。 |
| 如果您使用联合国 NOAA 建议的每月平均最高温度加一，那就是 32 度。 所以你会期望珊瑚开始积累压力 |
| 32度以上。 您可以根据温度高于 32 度的时间来计算供暖周数。 然而，我们知道这实际上太热了。 如果你 |
| 如果你的供暖周度是基于 32 度，那么你永远不会达到四度供暖周阈值，你可以看到这里最底部的阴影红线。 |
| 相反，我在此图中所做的是将 JMP 中的供暖周计算重置为 31.3。 那是 |
| 有点像我们的漂白阈值。 我们知道，由于我们经常访问这些网站，32 太高了。 一旦这些珊瑚高于 31.3 |
| 四到八周后，它们就开始漂白。 所以你知道，这并不是说 NOAA 珊瑚手表模型不好，只是在特定位置，它们可能需要根据你自己的现场观察进行一些调整。 |
| 所以这实际上是我们多年来对奇卡岩石的详细研究。 你可以看到，根据我们的 31.3，我们首先在 2014 年和 15 年开始看到白化现象，以及这些年的升温周数。 |
| 阈值（即红实线）超过 10，这是一个很大的数字。 |
| 所以我们肯定会期望在那些年里看到白化现象。 异常的是 2016 年。2016 年在图表中有点模糊，但你可以看到它的顶部，最顶部的红色 |
| 柱子几乎处于九到十度供暖周的范围内。 那年珊瑚礁应该已经白化了，但他们没有。 |
| 所以，你知道，这可能是适应环境或只是总体恢复，但那是反常的一年。 2017 年是较凉爽的一年，尽管我们看到连续八周的高温，珊瑚礁没有白化，但随后 2018 年白化，2019 年白化。 |
| 然后我今天早上就更新了这个，以放大到 2020 年，遗憾的是，当我几周前第一次做这个演讲时， |
| 你知道，我们没有任何白化威胁，但现在你可以看到红条爬升到四度以上，因为过去几周气温一直高于 31.3，所以不幸的是，我们可能会迎来另一个白化年。 |
| 所以我们……与珊瑚一起工作的好处是它们是无柄的，所以它们不会移动，除非它们的幼虫。 所以在这些网站中， |
| 我们不仅可以去看看，你知道，漂白 |
| 年复一年，我们对殖民地进行了标记。 我们可以在不同时间对它们进行采样，我们可以看到它们的生理机能如何随着这些温度变化而变化。 |
| 然后我们实际上可以，我们实际上拥有奢侈，因为我们知道每年在漂白方面最终发生了什么，你知道，我们可以事后预测。 我们知道，嘿，我在三月份采集了样本； |
| 珊瑚在八月白化了。 也许我们可以研究一下之前进行的活检，看看是否可以检测到任何压力。 |
| 我真正想做的并不是过多关注漂白过程的时间表，因为我认为 Coral Watch 在这方面做得足够好， |
| 夏天漂白较多。 我们将无法对此进行改进。 也许你可以把时间安排得更好一些。 我真正想知道的是 |
| 为什么在这个特定的例子中，您看到部分漂白（即 PB）、漂白（即 BL）或 NB（未漂白），为什么您会看到 |
| 这种异质性？ 它并不那么明显，除非你看右下角，你会看到苍白的菌落。 您会看到菌落没有褪色。 |
| 为什么有些珊瑚比其他珊瑚更强壮？ 我们能否使用这些菌落的信息来进行基本测试，以创建受压菌落的特征、蛋白质组或分子特征 |
| 与有弹性的人相比。 我认为这实际上更有用。 可能无法 |
| ...提前知道哪些珊瑚将首先白化或其次白化。 但我们也许可以知道，嘿，根据我的 |
| 活检，根据我的分子分析和我得出的预测模型，我预测，这种珊瑚将能够更好地抵抗这里的白化。 |
| 这就是我的目标。 自从我在夏威夷读博士以来，我过去一直在努力解决这个问题。 |
| 它主要是做基因表达的事情，看看我们是否能找到任何基因？？？那些更容易受到压力影响的珊瑚会表现出一种表情。 |
| 也许它们根本不用于有弹性的珊瑚，或者反之亦然。 也许有些基因只被耐寒的珊瑚使用。 这些是我们可以衡量的。 |
| 后来我发现基因表达和蛋白质浓度之间确实没有相关性 |
| 在珊瑚中。 所以是的，您仍然可以使用基因数据进行生物标志物分析。 基因表达数据在预测珊瑚健康方面可能仍然非常有用， |
| 但如果你想同时了解细胞中发生了什么，如果你想了解细胞行为，你实际上需要观察蛋白质。 你无法推断 |
| 蛋白质水平来自基因表达水平，因为珊瑚的 R 平方基本上为零，而对于它们的共生体来说，R 平方基本上为零。 因此，大约两三年前，我对蛋白质组学的研究做出了巨大的转变。 |
| 所以，当我第一次写这篇摘要时，我今天本来想向您展示的是 |
| 来自我们标记的菌落的现场数据，以显示它们的蛋白质特征如何随时间变化 |
| 对于压力敏感和有弹性的珊瑚。 当我们的实验室重新开放时，这将是我要做的第一件事。 很遗憾， |
| 由于新冠疫情，我们现在不能进行实验室工作。 我们实际上不被允许进行实地工作。 因此，我将向您展示一些我认为仍然可能有用的实验数据 |
| 在回答其中一些问题时。 所以基本上我们这里有我们最喜欢的珊瑚，Orbicella faveolata。 |
| 这是来自佛罗里达群岛上游的一只颜色苍白的珊瑚。 我们从我之前向您展示的四个现场站点中获取了它们， |
| 我们做了一个简单的实验。 我们在 30 度的受控温度与 33 度的极高温度下进行了为期五天的研究。 这些将被编码为红色 |
| 在图中，或者可能带有 V，表示非常高。 然后我们做了某种更现实的研究，在相同的控制温度下暴露 31 天，但暴露在与环境更相关的 32 度高温下。 |
| 您记得 32 正在进入大多数珊瑚无法抵抗长期暴露于 32 的区域。 |
| 所以我所做的......好吧，我想做的是研究这些珊瑚的细胞，看看是否有任何仅在珊瑚中发现的蛋白质会继续白化。 |
| 是否有一些只存在于能够适应环境的有弹性的物种中？ |
| 所以我采取了鸟枪法蛋白质组学方法。 这是一种奇特的方式，只是说我刚刚用质谱法对该样本中的所有蛋白质进行了测序。 |
| 如果你深入了解分子分析和质谱仪的本质，这实际上一点也不简单。 今天不打算讨论这个，只是想提一下我们使用这个 |
| Thermo Fisher 质谱仪称为 Q Exactive。 它是迄今为止开发的最好的分析仪器之一。 它的功能和灵敏度令人惊叹。 |
| 但我确实想再次强调，当你对珊瑚进行这些类型的分析时，我们得到的是珊瑚蛋白，你得到的是甲藻蛋白。 两者兼顾非常重要。 你可能有 .... |
