Стэнфордские морские биологи обнаружили, что кораллы активируют определенную группу древних защитных генов при воздействии стрессовых условий окружающей среды. Эти вызванные стрессом гены могут служить своего рода предупредительным сигналом о обесцвечивании кораллов.
В ходе исследования исследователи наблюдали за реакцией трех коралловых колоний в лагуне на острове Офу, Американское Самоа, на стрессовые факторы, такие как высокие температуры, кислород и кислотность океана. В самые жаркие дни исследователи наблюдали значительные изменения в том, какие гены кораллы активировали в своих клетках.
«Они начали использовать целый набор генов, которые просто не использовали раньше», - сказал Стив Палумби, профессор морских наук, директор Морской станции Хопкинса и автор статьи, в которой кратко излагается исследование., недавно опубликованный в журнале Science Advances.
Снимок здоровья кораллов
В 2016 году на Большом Барьерном рифе произошло самое сильное обесцвечивание кораллов за всю историю наблюдений: кораллы на расстоянии сотен миль стали совершенно белыми. Эти события обесцвечивания могут в конечном итоге привести к гибели кораллов. Ученые прогнозируют, что глобальное изменение климата и продолжающееся повышение температуры океана приведут к увеличению частоты обесцвечивания кораллов во всем мире. Сложность в том, что кораллы не проявляют видимых признаков обесцвечивания заранее. Гены, выявленные в ходе этого исследования, могут дать ученым представление о здоровье кораллов, а также о том, когда может произойти обесцвечивание.
В стрессовых условиях нормальные клеточные функции коралла начинают давать сбои. В ответ группа генов, идентифицированных в этом исследовании, запускает процесс, называемый реакцией развернутого белка, который работает для восстановления нормальных условий внутри клетки. Если условия продолжают ухудшаться, кораллы обесцвечиваются и в конце концов погибают.
"Впервые мы можем спросить у этих кораллов: "Как дела?" У них нет сердцебиения. У них нет пульса. Нам нужно знать их жизненные показатели, чтобы понять, как они реагируют на окружающую среду», - сказал Палумби.
Древняя реакция на стресс
В течение семнадцатидневного периода исследования Палумби и аспирант Люпита Руис-Джонс отслеживали более 17 000 генов кораллов каждый день сразу после полудня. На седьмой и восьмой день, когда приливы были самыми низкими, а температура самой жаркой, гены кораллов инициировали клеточный ответ развернутого белка. На девятый день приливы поднялись, и системы кораллов пришли в норму.
«Этот ответ просто показывает, насколько кораллы синхронизированы с окружающей средой», - сказал Руис-Джонс, который был первым автором статьи.
Эта реакция на стресс характерна не только для кораллов. Это наблюдалось у млекопитающих, а также у некоторых видов дрожжей. Люди активируют одни и те же древние гены в ответ на такие заболевания, как рак. Во время стресса неправильно свернутые и развернутые белки клетки накапливаются в эндоплазматическом ретикулуме, ряде уплощенных трубчатых структур в клетке, которые помогают в построении белков. Реакция развернутого белка является реакцией на поток неправильно собранных белков.
"По сути, организм осознает, что что-то не так", - сказал Руис-Джонс.
Изучение прочных кораллов
Лагуна на острове Офу, неглубокая бирюзовая ванна, стала идеальной коралловой лабораторией для изучения термоустойчивых кораллов. Кораллы на острове Офу имеют температуру воды, близкую к температуре человеческого тела, что достаточно, чтобы убить большинство видов кораллов. Однако кораллы Офу процветают в стрессовых условиях окружающей среды.
Ученые считают, что частое пульсирующее воздействие высоких температур может сделать кораллы сильнее, примерно так же, как спортсмены тренируются перед соревнованиями. Понимание того, почему некоторые из самых прочных кораллов в мире так устойчивы к жаре, может помочь ученым определить и нанести на карту другие выжившие коралловые колонии по всему миру.
«Мы знаем, что кораллы способны адаптироваться и эволюционировать к более теплой воде, чем мы думали раньше. Мы можем использовать это в качестве основного актива, чтобы помочь им пережить следующие десятилетия, пока мы не решим проблему глобального изменения климата», - Палумби. сказал.
Палумби также является старшим научным сотрудником Стэнфордского института окружающей среды Вудса.