珊瑚虫群体动态与内触手出芽机制：基于Lobophyllia和Dipsastraea属的定量分析揭示模块化生长的生态意义

本研究通过3D成像和深度学习技术，首次对Lobophyllia和Dipsastraea两种珊瑚属的6000余个虫体(zooid)进行原位定量分析，揭示虫体形态发生周期(size-dependent morphogenetic cycle)的保守性、出芽机制(budding mechanics)与结构复杂性的关联，以及虫体按发育阶段形成联盟(coalitions)的空间模式，为珊瑚礁恢复策略和模块化系统自组织理论提供了新见解。

珊瑚礁作为海洋中最重要的生态系统之一，其构建者珊瑚虫的群体生长机制长期被忽视。传统研究多将珊瑚群体视为单一生物体，而忽略了其基本模块——虫体(zooid)的个体行为如何影响群体形态。这种认知局限源于技术瓶颈：虫体体积微小、数量庞大，且水下原位观测困难。随着计算机视觉和深度学习的发展，以色列海法大学等机构的研究团队首次实现了珊瑚虫群体动态的原位定量解析。

研究聚焦Lobophyllia和Dipsastraea两个属的珊瑚，它们分别代表原始(phaceloid)和进化(cerioid)的群体形态，均通过内触手出芽繁殖。团队开发了模型辅助标注(MAL)技术，对红海采集的15个珊瑚群体共6644个虫体进行3D实例分割，结合平面拟合算法量化结构复杂性，并采用K最近邻列联表(KNNCT)分析空间互作模式。

2.1 3D模型与自动分割
通过多视角摄影测量构建高精度3D模型，采用改进的Mask R-CNN网络实现虫体分割，平均每个虫体多边形包含43个顶点(Lobophyllia)或23个顶点(Dipsastraea)，投影误差控制在0.00025以内。

2.3 群体表面积与虫体数量关系
对数线性回归显示，Dipsastraea的虫体密度是Lobophyllia的6倍(R²=0.9836 vs 0.9785)，反映cerioid形态的紧凑优势。

2.4 虫体大小频率分布
混合效应模型证实发育阶段与虫体周长显著相关：Lobophyllia中Multi-Division类虫体比Single类大7.8cm(p<0.001)，而Dipsastraea的差异较小(1.4cm)，表明phaceloid形态具有更强的可塑性。

2.6 结构复杂性与发育阶段
广义线性模型显示，Multi-Division虫体在复杂区域出现概率比Single类高24.5%(z=0.245, p<2e-16)，支持"未定形态"(undecided form)在应对环境扰动中的功能假说。

2.7 最近邻空间互作
置换检验发现大型群体中Single和Multi-Division虫体显著聚集(k=1-10, p<0.05)，揭示生长停滞与定向生长的空间异质性。

讨论部分指出，珊瑚虫通过出芽异时性(heterochrony)演化出多口器(polystomodeal)的"未定形态"，这种形态在phaceloid珊瑚中能灵活填充群体表面空隙。相比之下，cerioid珊瑚通过幼态持续(paedomorphosis)实现骨骼融合，牺牲可塑性换取集成度。该研究首次在生态尺度验证了模块化理论预测：虫体作为基本单元，其简单规则能涌现复杂群体行为。技术层面，建立的MAL流程可推广至珊瑚苗圃监测等领域，而发布的虫体轮廓数据集为生物启发的空间镶嵌研究提供了宝贵资源。论文发表于《Ecological Informatics》，为理解珊瑚礁应对气候变化的适应性机制提供了新视角。