科学家故意将抗生素放入海洋。这是我们唯一的希望。

科学家故意将抗生素放入海洋。这是我们唯一的希望。

佛罗里达问题:特别报道。农作物苦苦挣扎。含盐层含盐量高。野生动物入侵。成堆的死鱼。阳光之州的海滩、农场、湿地和城市都感受到了环境变化的压力。但困扰半岛的问题预示着阿巴拉契科拉北部和西部将遭遇危险,因此需要我们关注。如果佛罗里达陷入困境,那么我们所有人也一样。

就在基韦斯特岛海岸附近,风吹起的巨浪把我们的小船像洗澡玩具一样抛来抛去。在水下近 30 英尺处,在蓝色的黑暗中,潜水员们正在打理他们的工作:一块 10 平方米的稀疏海床。

一名游泳者站在鱼缸大小的脑珊瑚上方,一边观察着它的灯芯绒表面,一边用一只手准备好注射器。她滴了一滴白色油灰,轻轻涂抹在珊瑚群的边缘。

回到水面,诺瓦东南大学的海洋生物学家凯伦·尼利(Karen Neely)举止从容(皮肤黝黑),就像一个在水上度过职业生涯的人一样,她正在扫描标有简短观察记录的调查表。全球各地的珊瑚礁都在白化,但尼利和她的同事们正在努力应对一种新的、更神秘的流行病。为了对抗它,他们使用了一种科学家们从未想过会释放的武器。

石珊瑚虽然很容易被误认为是岩石,但它其实是动物。每个珊瑚群都由微小的触手状息肉组成,这些息肉挤在一起形成一层活的皮肤,像苔藓一样生长在一代又一代克隆人留下的复杂碳酸钙骨架上。像所有动物一样,它们也会生病。白化——一种越来越常见的疾病,在高温下,珊瑚群会排出五颜六色的光合藻类,然后变白——可能类似于一种自身免疫性疾病。细菌和病毒也会威胁它们。

2014 年,一位在迈阿密附近潜水的科学家注意到一些珊瑚看起来脏兮兮的,上面有白色的靶心,死组织刚刚从骨骼上脱落。这是首次发现一种名为石珊瑚组织丧失病 (SCTLD) 的新疾病。这种疾病将在未来两年内席卷布劳沃德县和迈阿密戴德县沿岸水域的珊瑚礁,目标是 20 多种不同的物种,包括构成珊瑚礁基础的大型堆积珊瑚,如脑珊瑚和巨石珊瑚。

这种传染病可以在几周内摧毁一个汽车大小的 800 年历史的珊瑚群。重要的栖息地消失了,珊瑚礁的防波能力也减弱了,海岸线越来越容易受到风暴的侵袭。就在科学家们忙着评估损失时,这种神秘的疾病开始侵蚀佛罗里达群岛,有时一个月内就会蔓延 10 英里。到 2019 年 1 月,它已经感染了远至基韦斯特南部的地区,包括保护 50 多种珊瑚和数百种鱼类的国家海洋保护区的大部分地区。这不仅仅是一种疾病,而是一场瘟疫。它已经侵入了美国现存保存最完好的珊瑚礁之一

由于没有诊断指导,大多数海洋微生物无法在实验室培养中茁壮成长,因此通常的疾病识别方法基本上毫无用处,科学家们仍在寻找解决方案。有一线希望:在抗生素的帮助下,被圈养的受感染菌落得以恢复。

但将抗生素放入海洋是有问题的。养鱼业大量使用抗生素,但却因导致周围水域细菌产生耐药性而受到批评。这些药物最终也会进入海洋食物链,因为污水处理厂无法从污水和径流中去除这些化合物。现在,在 FDA 的支持下,尼利和她的同事们正在向海洋中添加更多的化学物质。

尼利和我从拉姆罗德岛乘船出发,拉姆罗德岛是下礁岛群的一个花边岛,几个月前这里就出现了这种组织损失病。我们很快就到了现场,在那里我们准备好装备,用手掌捂住脸,向后滚入水中。

从 20 英尺高处看,很难发现任何异常。鱼群在摇曳的紫色海扇周围游动。成堆的活珊瑚从沙滩中升起,上面盘旋着柔软的棕色脊状物或点缀着蓝绿色的花蕾。当我们游近时,尼利将目光集中在一个像轮胎一样宽的迷宫珊瑚上,它黄褐色的皮肤上布满了白色斑点。她指着其中一个裸露点中间潦草地画了一条油灰状的线。这是她两周前使用抗生素的地方。当时,这是感染的边缘。现在,她在防水写字板上写道:“无效,疾病已经蔓延。”她用手势擦去面罩下的泪水。

尼利治疗的四个珊瑚群中有三个仍然患病。在一些情况下,SCTLD 突破了药物屏障。在其他情况下,新的白斑出现在其他地方。只有在最后一个珊瑚群上,治疗才基本成功,这个珊瑚群的大小和形状与一个塞满东西的软凳差不多。

珊瑚礁的死亡。插画作者:Zohar Lazar

“这就是它应该做的,”尼利写道,指着那条阻挡细菌侵袭的线。一边,深深隆起的表面毛绒绒的,很健康;另一边则是光秃秃的、锋利的骨架。抗生素无法消除损害,但可以防止细菌在整个珊瑚群中蔓延。当我们浮出水面时,尼利承认她很惊讶药物没有起到更好的效果。她似乎若有所思,但并不绝望。“我们研究珊瑚疾病已有 30 或 40 年了,”她指出。“我们仍处于黑暗时代。我们的治疗方法就像把水蛭粘在珊瑚身上,然后希望得到最好的结果。”

人类干预野生动物疾病的历史既短暂又奇怪。在过去的三十年里,我们试图治疗草原土拨鼠的瘟疫,帮助黑猩猩对抗埃博拉病毒。我们正在与考拉的衣原体感染和袋獾的传染性癌症作斗争。在灭绝物种和治疗物种之间做出选择时,人类似乎更愿意扮演医生的角色,而不是殡葬者的角色。

然而,在海洋中,我们仍然力不从心。“我们珊瑚疾病的现状与 19 世纪人类健康的情况差不多,”美国国家海洋和大气管理局研究员、负责协调 SCTLD 大部分工作的 Andy Bruckner 表示,他与 Neely 的评估一致。“在陆地上,你可以扑杀动物,可以设置一些屏障来防止疫情蔓延。但在水中,我们无法做到这一点。”

我们确实知道,我们让感染的出现和传播变得更加容易。已经饱受高温或污染之苦的珊瑚更容易生病,而人类活动的破坏又会给病原体提供立足之地。布鲁克纳说,虽然大多数病害在气温下降时会得到缓解,但 SCTLD 似乎不会在冬季休假。这让珊瑚礁失去了通常的恢复时间。SCTLD 的持续发展已经摧毁了佛罗里达州多达三分之一的珊瑚,这可能是有史以来袭击珊瑚礁的最具破坏性的疾病。

全球变暖使这类快速蔓延、影响深远、似乎无法阻挡的瘟疫更有可能发生。“在很多情况下,气候变暖对疾病至少是双重打击,”康奈尔大学海洋生态学家、 《海洋爆发》一书的作者德鲁哈维尔解释道。“它会给宿主带来压力,使其更容易受到影响,而温度升高会使许多微生物生长得更快。” 温度升高可能是导致海星消耗性疾病的原因之一,这种疾病于 2013 年首次在华盛顿发现,并迅速从阿拉斯加蔓延到墨西哥,最近还导致龙虾、牡蛎、鲍鱼和海草相继死亡。

这不仅仅是海洋问题。一些研究表明,高温使两栖动物更容易受到真菌的感染,而真菌正导致许多两栖动物灭绝。温度只要升高一两度,就可能使各种生态系统中的传染性细菌和真菌生长得更快,休眠期也更少。“一个对微生物有利的星球对我们来说并不那么安全,”哈维尔说。

即使风险如此之高,使用抗生素的决定仍然有风险。抗生素在农业和医学领域的广泛使用已经导致耐药细菌的增加。为了将危险降到最低,尼利和她的同事将阿莫西林(一种常见的广谱抗菌剂,在实验室试验中可以杀死这种疾病)混合成糊状,慢慢将药物释放到珊瑚组织中。这种混合物在暴露于海水时会变硬,使其内容物不太可能渗入海洋。然而,正如尼利和我亲眼所见,这些有针对性的剂量可能不够。尽管为抗击此次疫情投入了数百万美元,但水中的珊瑚数量不足以治疗每个患病珊瑚礁上的每一只患病珊瑚,以免 SCTLD 将它们消灭。相反,研究人员和管理人员正专注于濒危物种可能消失的少数关键点。他们不能保证能够战胜这种具有如此侵略性的病原体,但他们会尽可能长时间地抵御它。

与此同时,科学家们已开始探索其他更大胆的计划,包括采取大规模行动,在最稀有的珊瑚礁中它们彻底消失之前进行拯救。

“我不知道我们能不能帮上忙,”辛西娅·刘易斯眯着眼睛看着一盆海水,海水里有一块大小和形状与羊腿差不多的柱状珊瑚,看上去非常不开心。刘易斯是基斯海洋实验室的副主任,也是这种动物的专家。这种物种极其稀有,易受疾病侵袭,在佛罗里达州拥有不到 50 个基因独特的个体。2018 年,随着 SCTLD 对这些最后的顽固分子的打击不断推进,刘易斯和尼利领导了一项活动,收集所有剩余群落的碎片,尽可能多地保存它们的遗传多样性。

抗生素可以拯救珊瑚群,避免它们被彻底摧毁,但却无法让遭到破坏的珊瑚复活。Steve Gittings / NOAA

这只熊猫皮肤苍白,呈粉红色,骨骼上的肉正在脱落。感染已经非常严重,刘易斯怀疑她可能无法挽救它,但她会花一整天时间尝试。尼利在潜水后浮出水面,花了半个小时才从患病的熊猫身上凿出这块肉,“要为这么小的组织做这么多工作,但当你有 70 只熊猫时,你为每只熊猫做了很多工作。”

刘易斯停下检查,看了一眼手机。她的承包商打来了电话。2017 年,当飓风“伊尔玛”袭击佛罗里达州时,这场四级飓风摧毁了刘易斯在长礁岛的房子。一年多后,她仍在重建家园。

珊瑚礁决定了风暴对佛罗里达群岛的影响。伊尔玛在公海掀起了 30 英尺高的巨浪,但在珊瑚礁的保护缓冲区内,巨浪只有 10 英尺高——仍然足以造成大量破坏,但破坏力却减弱了很多。

随着生态系统的退化,它失去了吸收能量的能力。先前的疾病已经几乎消灭了鹿角珊瑚等物种,它们曾经生长在加勒比海各地浓密的浅灌木丛中。现在,SCTLD 威胁着要摧毁其他几种珊瑚,而且不仅仅是在佛罗里达州:2017 年在牙买加和 2018 年年中在墨西哥出现了类似的珊瑚,潜水员在 2019 年初在美国维尔京群岛和多米尼加共和国附近发现了明显的病变。如果感染继续蔓延,柱状珊瑚可能会从加勒比海彻底消失,连同其他一些主要的破浪物种。每一场风暴都会让珊瑚礁变得更弱,我们可能需要补充它们的数量。

一块肥大的珊瑚虫紧贴在瓷砖上,比一个句号大不了多少,浅棕色的斑点悬浮在玻璃般的肉体之间,就像阳光下的尘埃。“这其实比看上去更高科技,”凯里·奥尼尔在坦帕郊外的温室树荫下跟我开玩笑。她正在一个塑料盘子里照料 60 只小动物。

奥尼尔是佛罗里达水族馆珊瑚苗圃的高级珊瑚科学家,她就像是没有船的诺亚方舟;她引导动物上岸,为它们提供安全的港湾,直到灾难过去。她的水箱里装满了 SCTLD 成功实施后拯救的稀有标本。

她培育的这些小圆点是第一批在人工养殖中产卵和饲养的柱状珊瑚。它们两个月大时几乎看不见。柱状珊瑚一年只能长几厘米,这意味着每只珊瑚可能需要几十年才能长到刘易斯的羊腿病人那么大。与此同时,奥尼尔和她的工作人员用化妆刷清洁它们生长的瓷砖,并给它们喂牡蛎卵和补品的混合物。为了下一代,他们正在建造一个产卵设施,里面的水箱装有遮光帘和全光谱灯,以模拟月亮和太阳的自然循环。

“这实际上就是给它们在野外能得到的一切,”奥尼尔说。她认为这是拯救佛罗里达珊瑚礁的必要下一步。研究人员将观察之前未记录的产卵行为,并学习如何在目前的爆发最终过去后重新建立物种,无论这需要两年还是十年。

听奥尼尔描述在不确定的未来中繁殖、饲养、照料并最终重新种植这些圈养珊瑚所需的时间和精力,我们就能理解佛罗里达群岛正在进行的努力有多么宏伟。抗生素可能是一个令人震惊的举措,但这只是一个开始;最终目标是全面恢复几十年来因污染、过度捕捞和气候变化而逐渐退化的生态系统。

“这是一项艰巨的任务,”奥尼尔承认,而这要靠珊瑚礁中​​一些最小的生物来完成。在我们旁边的水箱里,柱状珊瑚的碎片在阳光下伸展着触须。金棕色的触须在水过滤系统的水流中分开并泛起涟漪,生长并等待着它们可以生存的海洋。

本文最初发表于《大众科学》杂志 2019 年夏季《Make It Last》上。

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