就像我们一样，珊瑚呼吸氧气并吃有机碳。就像我们一样，作为体内能量和氧气转化的副产品，珊瑚会产生活性氧 (ROS)，这是细胞在细胞分裂过程中自然产生的一类化合物，同时抵抗病原体并执行其他生理功能功能。

但到目前为止，尚不清楚健康的深海珊瑚是否会产生一种特殊类型的活性氧，称为超氧化物 (O2•-)。超氧化物是一种高反应性活性氧，以影响海洋生态、生物体生理学和驱动海洋化学反应(包括碳的分解以及金属和营养物质的生物利用度)而闻名。 发表在PNAS Nexus上的一项新研究首次揭示，深海珊瑚和海绵 确实会 产生 ROS 超氧化物，这意味着这些化学物质对海洋生物和深海化学具有一系列以前未知的影响。作者证明，ROS 不仅是作为应激反应而产生的，而且是其功能的基本组成部分。

在这项研究中，作者通过Alvin潜水器将一种名为 SOLARIS的独特深海化学发光传感器带入 2000 多米深的海洋中， 直接测量了珊瑚周围的水中的超 氧化物。

“这是在深海中首次测量这种化学物质，” 伍兹霍尔海洋研究所 (WHOI) 海洋化学和地球化学高级科学家、该研究的高级作者科琳·汉塞尔 ( Colleen Hansel)说。

检测海洋中的超氧化物是一项独特的挑战性任务，需要化学、物理、工程领域的协作专业知识。作为一种高活性化合物，超氧化物只能在水中持续几秒钟。WHOI 工程师 Jason Kapit(该论文的合著者)、William Pardis 以及 Hansel 和副科学家 Scott Wankel开发了 SOLARIS 系统，作为一种机器人控制仪器，能够在珊瑚表面吸水。水进入检测棒并在室内混合，与超氧化物发生化学反应产生可以实时测量的光。在这次探险中，魔杖的运动是由阿尔文的机械臂控制的 ，卡皮特和汉塞尔三人小组潜入 阿尔文体内。

卡皮特说：“这个项目的一个特别出色的方面是，它以 WHOI 独有的方式将科学和工程结合起来。”

SOLARIS 的首次潜水于 2019 年 10 月在加利福尼亚州海岸附近的蒙特利湾国家海洋保护区进行，在那里他们发现了生活在受保护的海洋环境中的大型健康珊瑚。这有助于消除超氧化物仅作为应激反应而产生的可能性。

根据 Hansel 的说法，他们测量的珊瑚通过一种名为 NOX 的酶产生超氧化物，这种酶可将细胞外的氧气转化为超氧化物，这意味着它可能是珊瑚正常生命功能的基本组成部分——无论是在生长，还是可能产生它来击晕猎物。 。他们研究中的深海珊瑚没有像浅海珊瑚那样的藻类共生体——众所周知，浅海珊瑚会产生细胞外活性氧，而且长期以来一直被认为源自共生藻类。这些发现排除了藻类作为超氧化物的来源，而是表明珊瑚动物本身或其细菌共生体是超氧化物的来源。如果没有进一步的研究，作者不能完全排除细菌可能在 ROS 产生中发挥作用，但作者认为这不太可能，因为这里研究的珊瑚内存在 NOX。

“特别是在过去十年中，有大量研究开始查明超氧化物等细胞外 ROS 的产生如何对生物体产生有益的方面，” 海洋化学与地球化学联合项目学生、该论文的主要作者Lina Taenzer说道。该研究于 2019 年加入 WHOI 的 Hansel 实验室。她还深入研究 Alvin ，使用 SOLARIS 测量超氧化物。

“令人着迷的是，珊瑚可以调节活性氧，以便向其他细胞发出信号，改变它们的功能和对环境的反应，”泰恩泽说。“就细胞防御机制而言也很有趣。” 例如，如果有机体受到病原体的入侵，它们可能会产生强烈的氧化爆发。这就像一种化学战来保护自己。另一方面，超氧化物的过度产生会对动物产生有害影响，并会降解体内的必需蛋白质并分解 DNA。

物种多样性也很重要。在阿尔文潜水期间 ， 坦泽偶然测量了多种物种，包括海绵和海星。

“有一个探索的方面，事实上我们正在使用一种我们以前从未使用过的新仪器，这使得它非常令人兴奋和令人满意，”泰恩泽说。

虽然我们对深海珊瑚的功能和对环境的反应仍然知之甚少，但这项研究有助于揭示对珊瑚健康和活动的基本控制。科学家了解和分享的越多，他们就越能准确地预测珊瑚生态系统将如何应对海洋变暖和气候变化。

汉塞尔说：“如果我们不了解珊瑚目前在基线条件下的运作方式，就很难模拟珊瑚如何应对不断变化的海洋条件。” “我们需要了解健康的珊瑚是什么样子，患病的珊瑚是什么样子，以及控制这些生物体健康和生理的一些因素是什么。”

长期目标是使用 SOLARIS 测量世界其他地区的珊瑚、深海海绵和其他产生 ROS 的生物体，以更全面地了解海洋生物如何影响海洋化学。

“在深海中发现这些高活性化合物也可能影响碳循环、金属循环和微生物生态等。目前这还是一个未知数，但从更广泛的角度思考是令人兴奋的，”汉塞尔说。

这项研究得到了国家科学基金会的支持。