2026年6月23日，中国地质大学（武汉）地质微生物与环境全国重点实验室陈中强教授团队的研究成果《光共生在珊瑚演化中的条件性优势》（The contingent advantage of photosymbiosis in coral evolution）在国际知名期刊《美国科学院院刊》（PNAS）上在线发表。实验室2025级直博生韦振晟为论文第一作者，陈中强教授为论文唯一通讯作者。黄元耕研究员、郭镇博士、苏乐为博士，德国埃尔朗根—纽伦堡大学的Kiessling Wolfgang教授、英国布里斯托大学Mike Benton教授也参与了本项研究工作。生物的成功，离不开有利性状的出现与演化。今天，我们在热带海洋中看到的五彩珊瑚（图1），其缤纷色彩正源于与珊瑚互惠共生的虫黄藻。这些藻类的作用远不止提供光鲜艳丽的“外表”，更重要的是，它们通过光合作用为宿主珊瑚提供关键能量和养分，支撑珊瑚生长、骨骼构建乃至珊瑚礁体的发育。

图1 泰国珊瑚礁中五彩缤纷的珊瑚（Wolfgang Kiessling提供）

地质记录显示，自中生代（约2.2亿年前）以来，光共生的石珊瑚逐渐成为浅水碳酸盐台地的主要建造者。然而，光共生关系带来的优势并非始终如一。例如，在晚泥盆世大灭绝（约3.7亿年前）之后，光共生（Z）珊瑚的复苏速度远慢于非光共生（AZ）珊瑚。同样拥有光共生关系的生态优势，为何演化表现却大相径庭？

为了解开这一长期困扰学界的谜题，陈中强教授团队基于显生宙珊瑚的大数据，结合先进的贝叶斯生物多样性演化率计算模型，模拟发现光共生的演化优势与其所处的环境背景密切相关。

两类珊瑚，两种命运

研究团队首先运用贝叶斯方法，精细描绘了Z与AZ珊瑚在显生宙的演化动态。总体来看，Z珊瑚的辐射主要受新生率驱动，而AZ珊瑚的演化则更多受灭绝率控制。尽管Z珊瑚自中生代起占据主导，但在更早的古生代，AZ珊瑚总体上比Z珊瑚更繁盛，且晚泥盆世大灭绝后Z珊瑚复苏乏力，而AZ珊瑚却在石炭纪至二叠纪却显著辐射。

古-中生代之交为重大转折点

真正的转折出现在三叠纪，其后，Z珊瑚迎来多次新生高峰脉冲，生物多样性持续攀升，至中生代晚期达到繁盛高峰。珊瑚的演化史，并非Z珊瑚凭借光共生优势“一路开挂”式增长，而是经历了从古生代AZ珊瑚主导，到中—新生代Z珊瑚主导的根本性转变。

图2 贝叶斯方法估算的不同珊瑚类群在显生宙的演化轨迹

针对上述演化差异，研究进一步引入多变量生灭模型，探究潜在驱动因素。结果表明，在古生代，升温、缺氧、二氧化碳升高等非生物环境压力共同控制着Z和AZ珊瑚的起源和灭绝，光共生未能赋予Z珊瑚稳定的宏演化优势。但到了中—新生代，格局发生根本改变：主导珊瑚辐射的因素由强烈的环境因子约束，逐步转向生态结构和生物相互作用（如钙质浮游生物的出现），光共生由此真正转化为推动Z珊瑚扩张的关键优势（图3）。

图3 多变量出生—死亡模型展示非生物—生物因素对不同珊瑚类群的影响程度

此外，滑动窗口Spearman相关性分析结果表明，Z珊瑚灭绝率与温度的关系在显生宙发生了系统性转变。在古生代，两者以正相关为主导，表明高温是导致灭绝的重要胁迫因素；进入中-新生代，相关性逆转为负，高温转而成为驱动Z珊瑚扩张与繁盛的关键环境因子（图4）。

图4 显生宙温度变化与Z珊瑚灭绝率滑动窗口Spearman相关性分析。注：红色曲线代表两者正相关，蓝紫色曲线代表两者负相关。

这项研究带来一个重要启示：今天珊瑚礁的繁荣，并非光共生这一性状“单打独斗”的结果，而是生物创新与地球环境长期耦合演化的产物。像光共生这样的生物创新，并不注定导向演化的成功，其“优势”会随全球环境背景的不同而被增强或削弱。从深时尺度理解这一点，也有助于我们重新审视现代珊瑚礁在全球变暖与海洋环境变化下的潜在脆弱性。

该研究获科技部国家重点研发计划项目、自然科学基金委、国家留学基金委和中国地质大学（武汉）自主创新资助的支持。

论文链接：Wei, Z.S., Kiessling, W., Guo, Z., Benton, M.J., Su, L.W., Huang, Y.G., and Chen, Z.-Q.*, 2026. The contingent advantage of photosymbiosis in coral evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, A, 123(26), e2532242123. https://doi.org/10.1073/pnas.2532242123.