Ученые USC открывают для себя, что кораллы снабжают своих потомков симбиотическими водорослевыми колониями, чтобы помочь им справиться с повышением температуры океана.
Судьба мировых коралловых рифов может зависеть от того, насколько хорошо морские существа вооружат своих потомков для борьбы с изменением климата.
Около половины мировых кораллов погибло в результате потепления морей, которое делает их мир враждебным. Вместо яркого и цветочного кораллового отбеливателя бледнеет по мере повышения температуры. Это происходит потому, что особенное животное сожительствует с водорослями, которые изгнаны под стрессом. Когда это происходит, кораллы теряют свой цвет и партнер, который их поддерживает, и умирают от голода.
Тем не менее, надежда все же возникает в аквариумах университетского городка USC недалеко от центра Лос-Анджелеса и Австралийского института морских наук. Там биологи изучают необычную способность кораллов перемешивать свои так называемые симбионы - водорослевые колонии внутри своих клеток - в качестве механизма противодействия, чтобы потенциально получить преимущество в изменяющейся среде.
Впервые исследователи показали, что взрослые кораллы могут передать эту способность перемешивать свои симбионты своим потомкам. Этот процесс происходит в дополнение к традиционному переносу ДНК, и он никогда не наблюдался до тех пор, пока ученые не начали селекционные исследования в лабораториях по обе стороны Тихого океана.
"Мы обнаружили, что кораллы могут передавать своим потомкам водорослевые компаньоны, или симбионты, чтобы дать им потенциальное преимущество выживания, и это новое открытие", - сказала Карли Кенкель, доцент кафедры биологии Колледжа литературы, искусств и наук Университета Дорнсифе в США. "Мы заботимся об этом, потому что коралловые рифы так много для нас делают. Риф служит волнорезом для штормов, рыбий белок, необходимый людям, и биоразнообразие, которое мы любим и находим красивым."
Как сосуществуют кораллы и водоросли
Ученые давно знают, что кораллы и водоросли живут в гармонии друг с другом. Эти два существа живут как единое целое: мягкотелое полипное животное, похожее на морского анемона или медузу, и водоросли, живущие в его клетках. Животное обеспечивает безопасность водорослей и вещества для фотосинтеза; водоросли вырабатывают кислород, помогают удалять отходы и снабжают кораллы энергией. Кораллы используют энергию для получения карбоната кальция - жесткой архитектуры, которая создает рифы, в то время как водоросли вносят свой вклад в оттенки драгоценных оттенков, которые делают кораллы впечатляющими.
Они живут дружно до тех пор, пока экологический стресс не разрушит партнерство. Когда это происходит, одни кораллы гибнут, в то время как другие способны перемешивать свои симбионты, отдавая предпочтение одним водорослям перед другими в зависимости от состояния воды, конкуренции или наличия питательных веществ.
"Это грязный развод", - сказал Кенкель.
Но в этом расставании детям было бы полезно. Кенкель хотел понять, сможет ли родительский коралл передать своим потомкам перетасованные симбионы. Это сложное предположение, потому что водоросли существуют независимо от ядра клетки и поэтому не являются частью переноса ядерной ДНК, родительского к потомству, во время размножения.
Дети кораллов могут унаследовать партнеров по водорослям.
Ее любопытство привело ее на Большой Барьерный риф и остров 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 - монтипорской цифровой форме, которая является общей для западной части Тихого океана и больших полос Большого барьерного рифа.
Ученые сосредоточились на двух последовательных нерестовых сезонах: один в нормальных условиях в 2015 году и другой в период глобального массового обесцвечивания кораллов в 2016 году. Используя секвенирование ДНК, ученые проверили, какие кораллы обладают потенциалом перемешивания симбионтов, и если это изменение нашло отражение в гаметах. Они обнаружили, что количество и типы водорослевых клеток значительно различаются из года в год, что подтверждается измерением плотности клеток и выходом фотосинтеза. Этот вывод согласуется с другими исследованиями.
Коралл Montipora digitata может упаковывать водоросли в яйца, когда они размножаются. Глядя на яйца в промежутке между двумя годами, они обнаружили, что переустройство сообществ водорослей у взрослых также отразилось на яйцах кораллов, указывая на то, что они могут быть переданы потомкам от родителей.
"Насколько нам известно, это первое доказательство того, что перемешанные сообщества симбиодинии (симбионтов)... могут быть унаследованы потомством и подтверждают гипотезу о том, что перемешивание в микробных сообществах может служить механизмом быстрой акклиматизации кораллов к меняющимся условиям окружающей среды", - говорится в исследовании.
Этот процесс, возможно, похож на то, как митохондриальная ДНК работает у людей. В этом аналоге митохондрии - единица, вырабатывающая энергию внутри клетки, но вне ядра, - разделяют генетический материал с потомством через материнское яйцо. Однако исследователи не определили механизм переноса в кораллах; они планируют ответить на эту загадку в следующем исследовании.
Смогут ли кораллы выжить в условиях изменения климата?
Результаты исследования показывают, что кораллы могут быть более приспособленными, чем кажется, но достаточно ли этого?
Кораллы сталкиваются с огромной проблемой в связи с усилением потепления океана. Согласно докладу Организации Объединенных Наций, коралловые рифы мира находятся в эпицентре последствий изменения климата и исчезновения видов. Если в мире прогреется еще на 0,9 градуса по Фаренгейту, что вполне вероятно, коралловые рифы сократятся на 70%-90%. Прирост в 1,8 градуса, говорится в докладе, означает, что 99% мировых кораллов окажутся в беде.
В некоторых регионах угроза для кораллов уже является серьезной. Например, по данным Смитсоновского института, за последние три десятилетия 80% кораллов Карибского моря было утрачено.
"У кораллов больше механизмов, чем мы думали, чтобы справиться с изменением климата, но они сражаются с маленьким мечом против врага, который похож на танк, - сказал Кенкель. "Их приспособляемость может оказаться недостаточной. Им нужно время, чтобы приспособиться."