从珊瑚色彩到组织加热:宿主色素如何改变组织内的光传输方向

由 root 提交于 周六, 10/24/2026 - 16:47
摘要

珊瑚宿主色素能够显著改变珊瑚内部的光环境,但其对珊瑚组织中热耗散的影响仍缺乏充分认识。在本研究中,我们将标量辐照度和温度微型传感器测量与机理性多物理场建模相结合,定量评估了色素蛋白(CPs)和荧光蛋白(FPs)如何调控珊瑚中的光传播与组织升温。基于测量结果的辐射传输—热传递耦合模拟表明,高浓度宿主色素会增强宽带散射,同时在其特征光谱带内强烈吸收光,从而减少光向更深层组织的穿透,并导致局部能量沉积。在共生藻密度较高的情况下,组织升温由共生藻和宿主色素的吸收共同控制;而在珊瑚白化时,宿主色素则成为产热的主要来源。CP吸收产生的热量主要集中在表皮层,而共生藻吸收则导致更深部的胃皮层升温。不同于CP,FP还会通过较低能量的荧光发射,将部分所吸收的光子重新分配,从而增加较长波长处的标量辐照度,并使能量沉积向组织深部转移;与相应的非荧光CP情景相比,这一过程增强了组织下层的升温。在模型中,与关闭荧光的相同FP参数化情景相比,该途径改变了标量辐照度和预测的能量沉积。该效应的幅度随FP浓度、空间组织形式(颗粒状或弥散状)以及共生藻密度而变化。模型输出结果得到了在所采样的不同珊瑚表型和共生藻……代理娱乐密度。总体而言,我们的结果表明,CPs和FPs具有不同的光学传播路径,这些路径不仅调控光在珊瑚组织中的传播,还调控热量生成的空间分布。通过平衡光衰减、光谱再分配和热量生成,宿主色素因而可能影响珊瑚—藻类共生体系的光驯化、白化易感性及恢复过程。

珊瑚宿主色素能够显著改变珊瑚内部的光环境,但其对珊瑚组织中热耗散的影响仍缺乏充分认识。在本研究中,我们将标量辐照度和温度微型传感器测量与机理性多物理场建模相结合,定量评估了色素蛋白(CPs)和荧光蛋白(FPs)如何调控珊瑚中的光传播与组织升温。基于测量结果的辐射传输—热传递耦合模拟表明,高浓度宿主色素会增强宽带散射,同时在其特征光谱带内强烈吸收光,从而减少光向更深层组织的穿透,并导致局部能量沉积。在共生藻密度较高的情况下,组织升温由共生藻和宿主色素的吸收共同控制;而在珊瑚白化时,宿主色素则成为产热的主要来源。CP吸收产生的热量主要集中在表皮层,而共生藻吸收则导致更深部的胃皮层升温。不同于CP,FP还会通过较低能量的荧光发射,将部分所吸收的光子重新分配,从而增加较长波长处的标量辐照度,并使能量沉积向组织深部转移;与相应的非荧光CP情景相比,这一过程增强了组织下层的升温。在模型中,与关闭荧光的相同FP参数化情景相比,该途径改变了标量辐照度和预测的能量沉积。该效应的幅度随FP浓度、空间组织形式(颗粒状或弥散状)以及共生藻密度而变化。模型输出结果得到了在所采样的不同珊瑚表型和共生藻……代理娱乐

密度。综上,我们的结果表明,CPs 和 FPs 具有不同的模拟光学路径,这些路径不仅调控光的传播,还调控珊瑚组织内热量生成的空间分布。因此,通过平衡光衰减、光谱再分配和热量生成,宿主色素很可能会影响珊瑚—藻类共生体的光适应、白化易感性及恢复过程。

作者声明不存在利益冲突。

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关键词:珊瑚宿主色素 · 光传输 · 组织热耗散 · 荧光蛋白 · 珊瑚白化

原文链接:https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.20.760344v1?rss=1