就像我们一样，珊瑚呼吸氧气，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，珊瑚产生活性氧(ROS)，这是细胞在分裂过程中自然产生的一系列化合物，同时抵抗病原体，并执行其他生理功能。
但直到现在，人们还不知道健康的深海珊瑚是否会产生一种特殊类型的ROS，称为超氧化物(O2?-)。超氧化物是一种高活性活性氧，以影响海洋生态、生物生理和驱动海洋化学而闻名，包括碳的分解和金属和营养物质的生物利用度。
最近发表在《PNAS Nexus》上的一项研究首次揭示，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深海中的海洋生物和化学物质有一系列以前未知的影响。作者证明活性氧不仅作为应激反应产生，而且作为其功能的基本组成部分。
在这项研究中，作者们通过将一种名为SOLARIS的独一无二的深海化学发光传感器带到2000多米深的海洋中，直接测量了珊瑚周围水中的超氧化物。
伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)海洋化学和地球化学资深科学家、该研究的资深作者科琳·汉塞尔(Colleen Hansel)说:“这是首次在深海中测量这种化学物质。”
探测海洋中的超氧化物是一项极具挑战性的任务，需要化学、物理和工程等领域的专家通力合作。作为一种高活性化合物，超氧化物在水中只存在几秒钟。WHOI工程师Jason Kapit，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的仪器，能够在珊瑚表面拉入水。
水进入检测棒，在一个腔室里混合，在那里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，魔杖的运动由Alvin的机械臂控制，Kapit和Hansel是三人小组的一部分，潜入Alvin内部。
Kapit说:“这个项目的一个特别棒的方面是，它以一种WHOI独有的方式结合了科学和工程。”
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，他们在那里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，他们测量的珊瑚是用一种叫做NOX的酶产生超氧化物的，这种酶可以在细胞外将氧气转化为超氧化物，这意味着它可能是它们日常生活功能的基本组成部分——无论是生长，还是产生它来昏迷猎物。在他们的研究中，深海珊瑚不像浅海珊瑚那样有藻类共生体——人们已经知道浅海珊瑚会产生细胞外活性氧，长期以来人们一直认为活性氧来自共生藻类。
这些发现排除了藻类是超氧化物的来源，而是表明珊瑚动物本身或其细菌共生国税厅是资料来源。如果没有进一步的研究，作者不能完全排除细菌可能在活性氧产生中发挥作用，但作者认为这不太可能，因为在这里研究的珊瑚中存在氮氧化物。
“特别是在过去的十年里，已经有许多研究开始确定细胞外ROS(如超氧化物)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、该研究的第一作者莉娜·塔恩泽说，她于2019年加入了WHOI的Hansel实验室。她还潜入阿尔文号，用SOLARIS测量超氧化物。
Taenzer说:“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。”“就细胞防御机制而言，这也很有趣。”例如，如果一个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，过量的超氧化物会对动物产生有害影响，并会降解体内必需的蛋白质，分解DNA。
物种多样性也很重要。在阿尔文潜水期间，Taenzer通过机会主义的机会测量了各种各样的物种，包括海绵和海星。
Taenzer说:“这是探索的一个方面，我们使用了一种以前从未使用过的新仪器，这让我们感到非常兴奋和满足。”
虽然我们对深海珊瑚的功能和对环境的反应还有很多不了解，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。
Hansel说:“如果我们不了解珊瑚目前在基线条件下的功能，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的，生病的珊瑚是什么样子的，以及控制这些生物健康和生理的一些因素是什么。”
长期目标是使用SOLARIS来测量世界其他地区的珊瑚、深海海绵和其他产生ros的生物，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还可能影响碳循环、金属循环和微生物生态，等等。在这一点上，这是一个完全未知的，但在更广泛的范围内思考令人兴奋，”Hansel说。
