Судьба мировых коралловых рифов может зависеть от того, насколько хорошо морские существа вооружат свое потомство, чтобы справиться с глобальным потеплением.
Около половины мировых кораллов было потеряно из-за потепления морей, которое сделало их мир враждебным. Вместо ярких и цветочных кораллы бледнеют при повышении температуры. Происходит это потому, что своеобразное животное сожительствует с водорослями, которые при стрессе изгоняются. Когда это происходит, кораллы теряют свой цвет и спутника жизни, который поддерживает их, и они голодают.
Тем не менее, надежда рождается в аквариумах в кампусе USC недалеко от центра Лос-Анджелеса и в Австралийском институте морских наук. Там биологи изучают необычную способность кораллов перетасовывать своих так называемых симбионтов - колонии водорослей внутри своих клеток - в качестве механизма выживания, чтобы потенциально получить преимущество в изменяющейся среде. Исследователи впервые показали, что взрослые кораллы могут передавать эту способность перетасовывать своих симбионтов своим потомкам. Это процесс, который происходит в дополнение к традиционному переносу ДНК, и его никогда раньше не видели, пока ученые не начали исследования по разведению в неволе в лабораториях по обе стороны Тихого океана.
«Мы обнаружили, что кораллы могут передавать свой перетасованный набор водорослевых партнеров или симбионтов своим потомкам, чтобы дать потенциальное преимущество в выживании, и это новое открытие», - сказала Карли Кенкель, доцент. биологии в Колледже литературы, искусств и наук USC Dornsife. «Мы заботимся об этом, потому что коралловые рифы так много делают для нас. Риф обеспечивает волнорез для штормов, рыбный белок, в котором нуждаются люди, и биоразнообразие, которое мы любим и находим красивым."
Выводы представлены в исследовательской статье, опубликованной сегодня в Scientific Reports.
Ученым давно известно, что кораллы и водоросли живут во взаимной гармонии. Два существа живут как одно целое: животное-полип с мягким телом, похожее на актинию или медузу, и водоросль, живущая в его клетках. Животное обеспечивает безопасность водорослей и вещества для фотосинтеза; водоросли производят кислород, помогают удалять отходы и снабжать кораллы энергией. Кораллы используют энергию для производства карбоната кальция, жесткой структуры, из которой строятся рифы, в то время как водоросли вносят свой вклад в оттенки драгоценных камней, которые делают кораллы впечатляющими.
Они дружно живут вместе, пока стресс окружающей среды не нарушает их партнерство. Когда это происходит, некоторые кораллы погибают, тогда как другие способны перетасовывать своих симбионтов, отдавая предпочтение одним водорослям, а не другим, в зависимости от состояния воды, конкуренции или доступных питательных веществ. «Это грязный развод», - сказал Кенкель.
И все же в этом разрыве дети могут выиграть. Кенкель хотел понять, сможет ли родительский коралл передать перетасованные симбионты своим потомкам. Это сложное предположение, потому что водоросли существуют независимо от клеточного ядра и, следовательно, не участвуют в переносе ядерной ДНК от родителей к потомкам во время размножения.
Ее любопытство привело ее к Большому Барьерному рифу и острову Орфей у северо-востока Австралии, где она присоединилась к ученым из Университета Джеймса Кука и Австралийского института морских наук. Исследовательская группа сосредоточилась на конкретном коралле, Montipora digitata, который распространен в западной части Тихого океана и на больших участках Большого Барьерного рифа.
Ученые сосредоточились на двух последовательных нерестовых сезонах: один в нормальных условиях в 2015 году, а другой во время глобального массового обесцвечивания кораллов в 2016 году. изменение отразилось на гаметах. Они обнаружили, что количество и типы клеток водорослей значительно различались от года к году, что измерялось плотностью клеток и выходом фотосинтеза. Это открытие согласуется с другими исследованиями.
Коралл Montipora digitata может упаковывать водоросли в свои яйца, когда они размножаются. Изучая яйца в возрасте между двумя годами, они обнаружили, что перестройка сообществ водорослей у взрослых особей также отражалась в яйцах кораллов, что указывает на то, что они могут передаваться потомству от родителей..
«Насколько нам известно, это первое свидетельство того, что перемешанные сообщества Symbiodiniaceae (симбионты) … могут наследоваться потомством, и подтверждает гипотезу о том, что перетасовка в микробных сообществах может служить механизмом быстрой акклиматизации кораллов к изменяющимся условиям окружающей среды., - говорится в исследовании.
Процесс, возможно, похож на то, как работает митохондриальная ДНК у людей. В этом аналоге митохондрии - энергопроизводящие единицы внутри клетки, но вне ядра - делятся генетическим материалом с потомством через яйцеклетку матери. Однако исследователи не определили механизм передачи в кораллах; они планируют ответить на эту загадку в следующем исследовании.
Выводы показывают, что кораллы могут приспосабливаться лучше, чем предполагалось, но достаточно ли этого?
Кораллы сталкиваются с огромными проблемами, поскольку потепление океана усиливается. Согласно отчету Организации Объединенных Наций, коралловые рифы мира находятся в эпицентре воздействия изменения климата и исчезновения видов. Если мир потеплеет еще на 0,9 градуса по Фаренгейту, что вполне вероятно, коралловые рифы, вероятно, сократятся на 70-90%. Прирост на 1,8 градуса, говорится в отчете, означает, что 99% кораллов в мире окажутся в беде.
В некоторых регионах кораллам уже угрожает серьезная опасность. Например, по данным Смитсоновского института, за последние три десятилетия было утрачено до 80% кораллов Карибского моря.
«У кораллов больше механизмов, чем мы думали, чтобы справиться с изменением климата, но они сражаются крошечным мечом против врага, похожего на танк», - сказал Кенкель. «Их адаптивности может быть недостаточно. Им нужно время, чтобы они могли адаптироваться».
Авторы исследования: Кейт М. Куигли из Австралийского института морских наук в Австралии; Бетт Л. Уиллис из Университета Джеймса Кука в Австралии; и Кенкель из USC Dornsife College.
Финансирование осуществлялось за счет грантов Национального научного фонда США (DBI-1401165) и Австралийского исследовательского совета (CE1401000020).