Выращенные в лаборатории водоросли могут помочь спасти кораллы от изменения климата

Исследователи ищут способ выиграть время для восстановления коралловых рифов.

Коралловые рифы в беде. В апреле австралийские ученые сообщили, что Большой Барьерный риф страдает от очередного масштабного обесцвечивания кораллов — третьего за пять лет. В этом году обесцвечивание, по-видимому, еще более масштабное, чем то, которое было вызвано морскими тепловыми волнами 2016 и 2017 годов, в результате которых коралловый покров рифа сократился вдвое.

Эта тенденция наблюдается во всем мире, параллельно с увеличением интенсивности и частоты морских тепловых волн . Даже если бы мы могли сегодня прекратить выбросы парниковых газов, кораллы столкнулись бы с нестабильным будущим, в котором повышение температуры всего на пару градусов могло бы уничтожить огромное количество этих существ. Именно поэтому некоторые морские биологи ищут способы дать этим организмам немного времени. И одним из способов может стать улучшение их симбиотических водорослей, как показало новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances .

Кораллы на самом деле крошечные животные, маленькие полипы, родственники медуз и анемонов. Эти скалистые, ветвистые и ярко окрашенные структуры, образующие основу пышных рифов, состоят из тысяч таких полипов, выделяющих твердый скелет из карбоната кальция. Их цвет обусловлен водорослями, живущими в их клетках, называемыми зооксантеллами. Водоросли не только придают кораллам их красоту, но и обеспечивают их пищей в виде сахаров, образующихся в результате фотосинтеза. В свою очередь, кораллы предоставляют зооксантеллам убежище и углекислый газ.

Но это морское партнерство разрушается во время периодов сильной жары. Когда температура становится слишком высокой, фотосинтез в клетках водорослей нарушается, и они начинают вырабатывать токсичные молекулы, называемые активными формами кислорода. Водоросли покидают кораллы, оставляя после себя белые скелеты — это обесцвечивание кораллов. Если вода остается теплой достаточно долго, кораллы умирают от голода.

Мадлен ван Оппен, генетик-эколог из Мельбурнского университета, возглавляет проект, цель которого — выяснить, можно ли усилить этот симбиоз, чтобы спасти кораллы от подобной участи. В новом исследовании она и ее команда взяли образец зооксантелл и разделили его на 10 резервуаров в лаборатории. В течение четырех лет они выращивали водоросли в теплой воде, поддерживаемой при температуре 88ºF (31ºC). За это время в каждом резервуаре с водорослями произошло около 120 бесполых поколений. Каждое из этих делений клеток представляло собой возможность для мутаций и, потенциально, для появления новых полезных признаков.

Когда исследовательская группа сравнила эти 10 лабораторных штаммов с двумя дикими штаммами, они обнаружили, что последние оказались более устойчивыми к высоким температурам. При температуре 88ºF клетки водорослей, подвергшиеся воздействию тепла, продолжали размножаться, в то время как количество диких клеток уменьшалось.

Далее последовало важное испытание: могут ли эти жароустойчивые водоросли принести пользу кораллам? Команда инокулировала молодые кораллы как лабораторными, так и дикими штаммами, чтобы это выяснить. Из всех водорослей три штамма — все из четырехлетней экспериментальной группы — оставались в симбиозе с кораллами в течение семи дней в теплой воде, эффективно повышая устойчивость кораллов к обесцвечиванию. «Эти результаты обнадеживают», — говорит Кристофер Уолл, биолог-кораллолог из Гавайского университета в Маноа, который не принимал участия в исследовании. «Они показывают, что некоторые кораллы… потенциально могут приобрести устойчивость к жаре, взаимодействуя со специализированными симбиотическими партнерами».

Когда ван Оппен провела генетический анализ одной из трех водорослей, которые улучшили термостойкость кораллов, она обнаружила подсказки о том, как им это удалось. Этот штамм водорослей, по-видимому, замедлил скорость фотосинтеза, одновременно увеличив активность генов, фиксирующих сахара из углекислого газа. Ван Оппен говорит, что при повышении скорости фотосинтеза при высоких температурах и ярком свете клетки производят большое количество токсичных молекул кислорода. «Компенсируя это [снижение фотосинтеза] увеличением скорости фиксации углерода, — говорит ван Оппен, — мы считаем, что водоросли по-прежнему являются хорошими симбионтами — по-прежнему высокопродуктивными и способными поставлять сахара кораллам».

В той же комбинации водорослей и кораллов она обнаружила, что эти эволюционировавшие водоросли также улучшают состояние кораллов. Ван Оппен обнаружила, что у кораллов гены, кодирующие устойчивость к тепловому стрессу, экспрессируются сильнее. «Водоросли, должно быть, выделяют какие-то соединения, которые действительно влияют на гены, экспрессируемые кораллами», — говорит она. «Мы считаем, что это подготавливает кораллы к более быстрой реакции на летние волны жары».

Результаты исследования могут помочь биологам понять потенциал инокуляции кораллов специализированными водорослями, которые помогают им переносить периоды высоких температур, говорит Кейти Леснески, морской биолог из Бостонского университета, специализирующаяся на восстановлении коралловых рифов, которая не принимала участия в исследовании. «Это, безусловно, огромный шаг вперед, позволяющий нам лучше понять способность этих штаммов водорослей претерпевать такие эволюционные изменения в течение четырех лет, а также помогающий нам лучше понять тот факт, что кораллы действительно могут извлечь пользу из подобных штаммов», — говорит Леснески.

Однако, прежде чем мы сможем начать распылять выращенные в лаборатории водоросли на Большой Барьерный риф, ученым необходимо ответить на дополнительные вопросы. Леснески говорит, что, возможно, хотя водоросли, эволюционировавшие под воздействием тепла, могут укрепить кораллы и защитить их от жары, зооксантеллы могут быть слабее в других аспектах, таких как устойчивость к болезням. Ван Оппен также добавляет, что ее команде необходимо проверить, сохраняется ли симбиоз у взрослых кораллов, а не только у молодых полипов, которые они исследовали в лаборатории.

Если все пойдет хорошо, у морских биологов может появиться новый инструмент, который поможет выиграть время для коралловых рифов, пока мир решает проблему изменения климата. Ван Оппен предполагает создание крупных рыбоводческих комплексов, где кораллы будут купаться в лабораторных водорослях, а затем использоваться для восстановления рифов, пострадавших от аномальной жары.

Однако, как подчеркивает ван Оппен, этот метод никогда не заменит решения проблемы выбросов парниковых газов. «Если мы не будем бороться с изменением климата, даже с помощью искусственной эволюции, ... эти меры не спасут кораллы в долгосрочной перспективе», — говорит она. «Но мы считаем, что в промежуточный период нам необходимы некоторые из этих дополнительных подходов... чтобы гарантировать, что достаточное количество кораллов выживет в течение этого столетия, пока мир не справится с изменением климата».

Ula Chrobak “Lab-grown algae might help save corals from climate change”

Перевод статьи «Lab-grown algae might help save corals from climate change» автора Ula Chrobak, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык