珊瑚礁生态系统极其重要但又非常脆弱。在气候变暖和人类活动加剧的双重因素影响下,全球珊瑚礁生态系统在过去几十年来持续退化。因此,珊瑚礁生态系统对气候变化和人类干扰的适应能力是国际上普遍关注的前沿科学问题。
南海珊瑚礁星罗棋布,是南海最重要的生态特征。与世界其他海域的珊瑚礁一样, 南海珊瑚礁也处于快速退化之中,主要表现为活珊瑚覆盖度的大幅度下降、珊瑚共生的虫黄藻大量减少、珊瑚礁区的大型藻类快速增加。
南海珊瑚在大空间尺度上总体表现出非常高的遗传多样性,存在由南向北的基因流,可能是南海珊瑚响应全球变暖而发生种群北迁的产物。南海北部纬度相对偏高,具有在全球变暖背景下成为南海珊瑚避难所的潜力。但低的遗传多样性和相对高的遗传分化表明,南海北部的珊瑚更容易受到人类活动的干扰;珊瑚补充量也显示南海北部作为珊瑚避难所的功能受到了限制。
相反,长期受高温胁迫的低纬度南沙群岛,其珊瑚中出现了不同程度的耐热型虫黄藻,特别是以往非常容易白化的枝状杯形珊瑚中出现了90%以上的耐热亚系群虫黄藻,显示其在长期高温驯化的自然环境中与耐热型的虫黄藻建立了较好的共生关系。耐热型虫黄藻在南海水体中广泛分布,具有较高的遗传多样,受环流驱动而在大空间范围内扩散,这有助于南海珊瑚获得耐热虫黄藻并逐步适应高温环境。模拟实验也揭示,热驯化也可以提高珊瑚宿主(珊瑚虫)的耐热性,主要机理是宿主本身减缓代谢活动;热驯化也改变与珊瑚共生的优势细菌种群和多样性。此外,珊瑚也可能通过其营养模式(即共生虫黄藻的光合自养与珊瑚虫摄食的异养营养)的动态调节以增强在极端环境中的生存能力。上述结论表明,珊瑚宿主、共生虫黄藻和共生细菌共同参与珊瑚共生功能体对高温胁迫的适应过程。
南海近2000万年来珊瑚礁的发育演化历史也表明,珊瑚对环境响应非常敏感,但最终适应了多变的环境。