Кораллы - это кальцифицирующие животные, которые являются главными архитекторами самой разнообразной морской экосистемы - коралловых рифов. Коралловое животное содержит крошечные микроводоросли в качестве симбионтов в своих тканях, где они фиксируют CO2 посредством фотосинтеза и обеспечивают животное-хозяин органическим углеродом для его дыхания. В свою очередь, микроводоросли получают убежище и питательные вещества в коралловой ткани, которая простирается над сложным скелетом из карбоната кальция, отложенным животным-хозяином.
Коралл-хозяин принимает ряд мер для оптимизации сбора света своими симбионтами, избегая при этом чрезмерного воздействия света. Это включает в себя сокращение и расслабление тканей, а также синтез пигментов кораллового хозяина, включая ярко флуоресцентные белковые комплексы, подобные хорошо известным зеленым флуоресцентным белкам, которые широко используются в качестве клеточных маркеров в науках о жизни.
Прямое наблюдение за живыми кораллами - непростая задача, и для этого использовались изображения в светлом поле и эпифлуоресцентная микроскопия с ограниченной глубиной и площадным разрешением из-за непрозрачной коралловой ткани, состоящей из различных клеточных слоев, а также диффузного обратного рассеяния от основной коралловый скелет. Использование видимого света для таких наблюдений также может повлиять на кораллы, т.е. путем стимуляции фотосинтеза или воздействия потенциально вредного ультрафиолетового и синего света.
Международная группа ученых во главе с профессором Михаэлем Кулем с факультета биологии Копенгагенского университета преодолела эти ограничения в наблюдении за организацией тканей живых кораллов с помощью оптической когерентной томографии.
Michael Kühl объясняет: «OCT - это оптическая ультразвуковая технология, которая, например, используется врачами для мониторинга повреждения тканей глаза. видимого света и может выявлять микроскопические структуры с различными отражающими свойствами. Мы использовали систему ОКТ, которая позволяла выполнять быстрое 3D-сканирование площади 1-2 см2 до глубины ткани/скелета 1-3 мм с пространственным разрешением в несколько мкм. Это позволило получить захватывающее представление о внутренней и внешней организации тканей над скелетом живых кораллов».
Удалось идентифицировать различные слои тканей и количественно оценить их пластичность при изменении освещенности живых кораллов. Кораллы быстро сокращали свои ткани при сильном световом стрессе, делая их более отражающими, тем самым защищая своих симбионтов от избыточного света. ОКТ также позволила количественно определить флуоресцентные пигменты хозяина, организованные в гранулы, которые также сделали ткань более отражающей, особенно после сокращения.
В темноте кораллы расширяют свои ткани, чтобы получить лучший доступ к кислороду, и ОКТ показала, что площадь поверхности тканей кораллов может удваиваться в ночное время. Таким образом, площадь поверхности кораллов, подвергшихся воздействию морской воды и падающего света, очень динамична, и теперь ОКТ может количественно определять такие изменения. Это может иметь важные последствия для измерений скорости метаболизма кораллов, которые обычно нормализуются к площади поверхности скелета коралла после удаления ткани - при условии, что такие измерения площади репрезентативны для площади поверхности ткани коралла. Результаты ОКТ показывают, что это предположение нуждается в пересмотре.
Также можно было отслеживать выработку коралловой слизи на поверхности ткани, которая является важным компонентом жизни кораллов, поскольку слизь содержит полезные микроорганизмы, а также улавливает частицы для питания или самоочищения. Усиленное производство слизи также характерно для кораллов, находящихся в стрессовом состоянии, т.е. после начала обесцвечивания кораллов. Кроме того, кораллы могут расширять специальные защитные тканевые структуры, такие как мезентериальные филаменты, при механическом воздействии, и ОКТ также может визуализировать такие динамические реакции.
Майкл Кюль резюмирует: «ОКТ - это мощный метод изучения динамической структуры живых кораллов и их поведенческой реакции на стресс окружающей среды. Теперь он позволяет использовать множество новых приложений в науке о кораллах, а также в других областях морской биологии. Наше исследование также иллюстрирует важность междисциплинарных подходов в науке. Кто бы мог подумать, что методика, используемая в офтальмологической клинике, окажется полезной для исследования кораллов?"