本文最初发表于《量子杂志》（Quanta Magazine）。

它们绝非如此。珊瑚是复杂的生物，能够形成持久的群落，且像其他动物一样，它们需要氧气才能生存。在珊瑚的生命表面，一场疯狂的生存之舞正在上演，这在2014年之前对人类肉眼而言是不可见的，对科学界而言也是未知的。这些微小的舞者是毛发状的纤毛，而对这些微观结构的新研究正在揭示珊瑚在决定自身命运方面有多么积极。

珊瑚并没有那么幸运能拥有持续的氧气供应，它们也无法通过改变位置来寻找氧气。白天，构成珊瑚群落的微小水螅体可以从其组织内进行光合作用的共生藻类那里获得充足的氧气。但到了晚上，这一过程停止了，珊瑚水螅体唯一的氧气来源就是周围的水。这时，纤毛就成了决定生死的关键。利用科学家们仍在努力研究的机制，纤毛通过摆动产生快速移动的水涡，将氧气循环输送到珊瑚的外层组织，同时还有助于保持群落免受沉积物的影响。

2026年5月发表在《科学》杂志上的一项研究，为没有大脑或肌肉骨骼系统的生物如何产生和调节这一过程，以及当周围水域变暖时会发生什么提供了新的见解。温暖的水域自然携带的氧气较少，这促使珊瑚越来越快地摆动纤毛，仿佛在喘息。当温度超过一定限度时，该系统开始适得其反；纤毛的剧烈摆动消耗了珊瑚组织所能吸收的所有氧气，随后水螅体可能会在含氧量较低的水中窒息。生物物理学家、海洋生物学家、数学家和建模专家目前正在合作，以更好地理解其中起作用的生理和流体动力学力量，以及它们如何与白化模式、珊瑚疾病和大规模死亡事件相关联。

对于科学家而言，这幅动态图景尚属新颖，因为他们长期以来一直将珊瑚的共生藻类作为衡量其健康状况的指标。德国康斯坦茨大学研究珊瑚压力生物标志物和基因组学的海洋生物学家雷切尔·奥尔德代斯（Rachel Alderdice）表示，纤毛或许能提供更直接的信号。她并未参与这项研究，但她认为：“正是这些更细微的细节，可能有助于我们理解为什么有些珊瑚会白化，而有些却不会，即便它们就生长在一起。”每个珊瑚群落都被一层薄薄的边界水层所包裹，由于珊瑚表面的摩擦力，该层水的流动速度较慢。研究人员曾认为，珊瑚对于这种缓慢流动的边界层是被动的，仅仅依靠自然扩散来获取营养和氧气。

随后，在2014年，来自麻省理工学院和魏茨曼科学研究所的一个团队发表了一项开创性研究，表明珊瑚纤毛通过快速摆动产生新鲜的富氧海水漩涡，从而与边界层发生相互作用。直到十年前，科学家们还仅仅将这些纤毛视为清除粘液、废物颗粒和其他碎屑的“扫帚”。这项研究不仅首次模拟了纤毛产生的微小涡流，还揭示了纤毛对于珊瑚生存和代谢的重要性。

起初，微生物学家兼环境工程师奥尔·夏皮罗（Orr Shapiro）对感染珊瑚并导致疾病的微生物如何追踪浓度梯度（这一过程被称为趋化性）很感兴趣，他曾在麻省理工学院担任博士后研究员，并领导了2014年的那项工作。在显微镜下，他注意到了一些现象：在边界层中，颗粒在四处旋转并混合在一起，这与他预期的被动扩散完全不同。

“对我而言，我认为后来对整个领域来说，这都是一种范式转移，”现任以色列沃尔卡尼研究所研究员的夏皮罗（Shapiro）说道。人们逐渐意识到，边界层并非静止不变，而是一个动态区域，纤毛在其中制造了属于它们自己的湍流。这一发现促使夏皮罗的团队另辟蹊径，开始绘制氧气通过纤毛输送至珊瑚组织的流动图。“这确实改变了我们对这种[微观]环境的理解，因为扩散作用突然间变得不再那么重要了，”夏皮罗说。

扩散是营养物质在水中传输的默认途径，但其速度极其缓慢。氧气移动仅仅1毫米就需要长达四分钟的时间。这就是为什么纤毛产生的快速流动如此重要，因为自然流动的水在靠近珊瑚表面时会减速，而珊瑚消耗氧气的速度又快于扩散作用的供应速度。

尽管纤毛会消耗能量，但该系统仍能提供充足的氧气。然而，问题在于随着温度升高，氧气含量会减少。这时，珊瑚就会陷入困境。

但有时，礁石上的一些珊瑚会白化，而另一些则不会；在其他情况下，处于热应激下的珊瑚在未排出藻类的情况下就死亡了。一个由微生物学家、工程师和生理学家组成的国际团队渴望了解高温如何影响纤毛，以及这是否能解释不同类型的珊瑚死亡现象。

“我们现在生活在一个极端情境频发的世界里，”这项新研究的合著者、哥本哈根大学研究流体动力学的海洋生物学家塞萨尔·帕切雷斯（Cesar Pacherres）表示。随着海洋热浪变得越来越普遍，且一个异常强劲的厄尔尼诺年份可能在2026年底引发第五次全球性珊瑚白化事件，“珊瑚可能会在短短几个小时内经历几摄氏度的温度升高，”帕切雷斯说。

为了探究热量对纤毛的影响，研究团队进行了一系列为期24小时的实验。他们将人工养殖的滨珊瑚（Porites lutea）暴露在逐渐升高的水温中，最高达到39摄氏度（超过102华氏度）——这虽然是一种极端情况，但确实可能发生。为了更好地观察在藻类不产生氧气时纤毛如何输送氧气，他们将水箱保持在黑暗环境中。

研究人员每小时使用高速摄像机记录微小的纤毛，以捕捉它们在水温不断升高时的运动频率。团队还利用一种名为SensPIV的技术来追踪氧气流向。荧光氧反应纳米颗粒“追踪”了水流的漩涡，绘制出一幅生动的地图，展示了氧气浓度与纤毛产生的涡流之间的对应关系。

氧气运动的可视化是该团队研究发现的关键。在较温暖的水中，珊瑚消耗能量的速度加快，从而增加了对氧气的需求，促使纤毛摆动得更快。然而，周围水体中可用的溶解氧是有限的，随着温度升高，纤毛在疯狂摆动的同时，开始将缺氧的水输送向珊瑚。哥本哈根大学的海洋微生物学家、合著者迈克尔·库尔（Michael Kühl）表示：“珊瑚对氧气的需求增长速度超过了水流漩涡的增加速度。”

当水温接近37摄氏度（人体体温）时，纤毛开始减速。超过39摄氏度后，纤毛完全停止运动，珊瑚随之死亡。这些发现已于2026年5月发表在《科学》杂志上。

帕切雷斯（Pacherres）提醒人们不要将这些温度极限视为统一的标准阈值；每种珊瑚都适应了各自的日常温度波动范围。即便如此，气候变化已开始将许多珊瑚推向其各自的极限，在佛罗里达等地，创纪录的地表水温已接近38摄氏度。

为什么纤毛在较热的水中运动得更快，这仍然是一个谜。夏皮罗说，也许是海水的粘度——随着温度升高而降低，使水变得更稀薄——影响了纤毛的运动。珊瑚缺乏中枢神经系统和大脑，但它们确实拥有神经元（存在于所谓的神经网中）来处理感官信息。也许珊瑚感知到了高温或缺氧，某种生物机制随后触发了更快的跳动。“这是物理学、生物学和工程学的结合，这正是它真正有趣的地方，”他说。

在帕切雷斯和库尔于2026年5月合著的另一篇论文中，他们发现纤毛产生的涡流类似于开瓶器。这种湍流将不需要的颗粒从珊瑚表面推开，同时将营养物质重新导向珊瑚虫的口部。

他们发现，每个珊瑚虫上的纤毛都排列成六边形单元，这使得纤毛的运动保持流线型，这有助于解释纤毛如何协调其运动以产生可预测的漩涡。“这证明了珊瑚的骨骼结构和活体组织在功能上是整合在一起的，”帕切雷斯说。

他说，这些研究综合起来，重新定义了纤毛运动（此前被忽视）如何为珊瑚提供一定的稳定性，并缓冲环境变化带来的影响。

未参与这些研究的奥尔德代斯表示，纤毛与白化之间的关系仍然不明确。但是，在没有高温的白化条件下测试纤毛——例如通过使用也能触发白化的红光——将有助于回答这个问题。

阿卜杜拉国王科技大学海洋生物学家大卫·萨格特（David Suggett）并未参与这项研究，他指出，科学家们早在2014年的研究中就已知晓，当水流较低时，纤毛有助于珊瑚进行自我通风。“但直到目前，我们一直专注于分子和代谢机制，”他说，“以理解珊瑚如何进化以应对低氧环境。我们并未真正意识到，其中还存在着行为-生理机制在发挥作用。”对于萨格特而言，这项研究提出了一个关键问题：这说明了珊瑚将如何应对未来的气候？

有时，同一礁石上的珊瑚并不会均匀地发生白化，有些个体会死亡，而邻近的个体却能存活下来。在萨格特的同事塔德·特拉斯科特（Tadd Truscott）领导的一项新研究中，海洋生物学家们发现，这种斑驳的白化模式与水流减弱区域相关——因此，这些区域接收到的氧气也较少。

接下来，库尔（Kühl）和帕谢雷斯（Pacherres）的团队希望在不同条件下测试珊瑚——特别是在正常的光暗周期下——并更好地理解驱动纤毛摆动的机制。这是一个激活其运动的分子过程吗？是较温暖海水的物理学特性吗？是两者兼有，还是其他因素？

萨格特表示，直到过去十年，科学家们才意识到脱氧对珊瑚健康的作用。在2000年代初，海洋酸化被视为珊瑚面临的主要关切问题。他说，回过头来看，脱氧是一个更为严重的问题。新的研究表明，脱氧而不仅仅是白化，是气候变暖导致珊瑚面临的致命威胁。

“我们正在努力弥补之前的知识空白，”苏格特说。“我们收集到的信息量正在迅速增加，这些信息清楚地表明了珊瑚所面临的严重问题。因此，我们开始重新审视关于其他环境因素（如温度和光照）作用的长期理论；事实上，氧气可能才是导致珊瑚死亡的根本原因。”

该文章经许可转载自《Quanta Magazine》——这是一份由西蒙斯基金会（Simons Foundation）出版的独立学术期刊，其宗旨是通过报道数学、物理科学及生命科学领域的研究进展和趋势来提高公众对科学的理解。