Коралловые рифы сталкиваются с усиливающейся борьбой, так как парниковые газы нагревают и закисляют океан, но новое исследование предполагает потенциальную золотую середину: некоторые болезни кораллов также могут исчезнуть на фоне изменения окружающей среды.
Контролируемое лабораторное исследование, проведенное Mote Marine Laboratory и опубликованное 1 июня в рецензируемом журнале PLOS ONE, показало, что болезнь черных полос менее смертельна для горных звездчатых кораллов (Orbicella faveolata) по мере подкисления воды или снижения pH..
Ученые из Моута и Университета Южной Каролины, а также студенты из Университета Род-Айленда, Университета Нью-Гэмпшира, Гавайского университета и Колледжа Юнити в штате Мэн провели исследование при финансовой поддержке Dart Foundation и Protect Our Программа грантов Reefs поддерживается продажей специального номерного знака Protect Our Reefs (www.motereefplate.com). Вклады студентов были поддержаны программой «Исследовательский опыт для студентов» Национального научного фонда (NSF) и стипендиями для стажировок Mote College.
pH океана снижается из-за процесса подкисления океана (OA), вызванного избытком углекислого газа, во всем мире повышается та же самая температура парниковых газов. ОА может ослабить или растворить твердый скелет кораллов и вызвать другие изменения у многих морских видов. Потепление воды вызывает стресс у кораллов, заставляя их терять жизненно важные водоросли в своих тканях. Болезни кораллов, еще одна серьезная угроза, могут обостряться у кораллов, подвергающихся стрессу из-за повышения температуры воды, но в нескольких исследованиях изучалось, как эти болезни могут измениться на фоне низких уровней pH, ожидаемых при ОА.
Новое исследование является первым, в котором изучается, как вода с низким pH влияет на черную полосу - быстро прогрессирующее, часто смертельное, всемирное заболевание кораллов, поражающее по крайней мере 42 вида кораллов только в Карибском бассейне. Затронутые виды включают горные звездчатые кораллы, вносящие основной вклад в систему рифов Флорида-Кис и занесенные в список находящихся под угрозой исчезновения в соответствии с Законом США о коралловых рифах. S. Закон об исчезающих видах
Черная полоса, изменчивая группа из нескольких видов бактерий, образует темный круг, который распространяется по кораллу, убивая его.
«Горный звездчатый коралл вырастает всего на пару миллиметров в год, а черная полоса может убить столетний коралл в течение нескольких недель», - говорит доктор Эринн Мюллер, ведущий автор и менеджер Mote’s Coral He alth and Disease. Исследовательская программа.
В очень малых масштабах черная полоса создает среду с более низким pH, чем ее окружение - локальное закисление. «В лаборатории мы думали, что контакт инфицированного коралла с подкисленной водой ускорит вирулентность этой болезни, но, к нашему удивлению, произошло обратное», - сказал Мюллер..
Во время лабораторных работ в кампусе Саммерленд-Ки Моута в 2013 году исследователи инокулировали 32 фрагмента горного звездчатого коралла болезнью черных полос, поместив некоторые в резервуары с температурой и pH, близкими к современной океанской воде, а другие в резервуары с повышенным температура, пониженный pH или и то, и другое - с использованием прогнозов на 2100 год из Пятого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата.
«Эти экспериментальные исследования в лаборатории чрезвычайно важны - они дают нам возможность заглянуть в потенциальное будущее наших рифов», - сказала доктор Эмили Холл, руководитель программы исследований подкисления океана Mote. Она наблюдает за исследованиями в Экспериментальной экспериментальной трассе Моута для подкисления океана на Саммерленд-Ки, которая была создана благодаря гранту NSF. «Подкисление океана влияет не на все организмы одинаково. Управляющим морскими охраняемыми территориями важно знать, как могут различаться последствия».
Исследователи внимательно следили за состоянием воды, фотографировали и измеряли покрытие черной полосы в течение 16 дней; к тому времени некоторые фрагменты кораллов полностью погибли от болезни. Команда взяла образцы бактерий с черной полосой и естественных резидентных бактерий кораллов, некоторые из которых вносят вклад в иммунную систему кораллов, и секвенировала их ген 16S рРНК, который помогает классифицировать бактерии по научным категориям.
Их анализ обнаружил сюрприз:
«Хотя более высокие температуры не оказали значительного влияния на прогрессирование болезни черной полосы в этот период времени, лечение с низким pH оказало влияние - оно замедлило скорость прогрессирования заболевания на 25 процентов», - сказал Мюллер. «Нам потребовалось некоторое время, чтобы поверить в это».
Скептически настроенные Мюллер и его коллеги провели аналогичные тесты с другими видами кораллов, кроме горного звездчатого коралла в текущем исследовании. Горный звездчатый коралл показал самую четкую тенденцию, но данные по другим видам показали аналогичные закономерности.
Как подкисление может замедлить болезнь черной полосы?
«Болезнь черных полос имеет очень четкий консорциум микробов, и кажется, что пониженный pH влияет на разные микробы по-разному», - сказал партнер по исследованию доктор Ким Ричи, доцент Университета Южной Каролины в Бофорте. «Количество одного значимого члена консорциума уменьшилось."
В частности, подкисленная вода уменьшила обилие Oscillatoriophycidae, класса цианобактерий, которые часто доминируют над болезнью черной полосы. Эти бактерии несут пигменты, которые придают заболеванию особый цвет. Хотя эти бактерии живут в уже закисленной среде черной полосы, прошлые исследования других ученых показывают, что цианобактерии могут уменьшиться, если подкисление воды превысит допустимые пределы.
«Были также сдвиги в собственном микробном сообществе кораллов, но они не объясняли изменение болезни», - сказал Мюллер. «То, что произошло с самой черной полосой, сокращение основного фактора консорциума болезней, вероятно, было лучшим объяснением».
«Одним из наших следующих шагов является изучение того, как низкий уровень pH влияет на условия очень малого масштаба в микроокружении болезни черной полосы по мере изменения внешней среды», - сказал Мюллер..
Исследователи также стремятся расширить и повторить исследование в большем количестве объектов, с большей детализацией, более длительными временными рамками, большим количеством видов кораллов и большим количеством болезней. Ни одно лабораторное исследование не может смоделировать все сложности прогнозируемых последствий закисления океана, но важные достижения уже не за горами. Mote открыла свой новый Международный центр Элизабет Мур по исследованию и восстановлению коралловых рифов (IC2R3) в мае 2017 года на Саммерленд-Ки, Флорида. Этот объект площадью 19 000 квадратных футов включает в себя новые лаборатории для расширенных исследований подкисления океана, во многом благодаря пожертвованию Фонда Альфреда и Энн Гольдштейн, который позволил Моте основать Институт Альфреда Гольдштейна по изучению изменения климата.
В полевых условиях Мюллер и другие изучают возможные методы борьбы с распространением черных полос на диких кораллах.
Новое исследование PLOS ONE стало результатом напряженной работы стажеров в рамках программы NSF Research Experiences для студентов и обширной программы стажировки Mote в колледже. Благодаря этому исследованию стажер-студент Университета Сент-Эндрюс Кейр Макартни стал соавтором своей первой рецензируемой журнальной статьи и нашел новые направления для своей карьеры.
«Мой опыт с Моутом привел меня к коралловым рифам; это было потрясающе», - сказал Макартни, дайвер, который сейчас получает докторскую степень в Университете Нью-Гэмпшира, изучая губки на глубоководных рифах. Работая над исследованием PLOS ONE в течение двух лет, Макартни формулирует четкий вывод:
«Закисление океана по-прежнему будет иметь негативные экологические последствия, но оно может не дестабилизировать рифы в той мере, в какой мы ожидаем», - сказал Макартни. «Учитывая, как изменились микробные сообщества в этом исследовании, я думаю, что подкисление океана может сделать вещи, которые нас действительно удивят».