Fluorescencyjne białka w tych koralowcach płoną. Zdjęcie: Michael Lesser i Charles Mazel, NOAA Ocean Explorer
Każdy, kto wybrał się na nurkowanie lub snurkowanie w rafie koralowej, prawdopodobnie nigdy nie zapomni olśniewających kolorów i kształtów tych podwodnych społeczności. Rafy, które są domem dla jednych z najbardziej różnorodnych miejsc dzikiej fauny i flory na świecie, są warte 400 miliardów dolarów rocznie na usługi turystyczne i oferowane przez nie usługi ekosystemowe, takie jak buforowanie brzegów przed burzami i zapewnienie siedlisk dla ryb, które jedzą ludzie.
Jednak dobrze wiadomo, że rafy koralowe na całym świecie podupadają z powodu zanieczyszczenia i szybko ocieplających się oceanów. Jednak określenie, jak radzą sobie rafy - i zaprojektowanie kroków mających na celu ich ochronę - wymaga sposobu dokładnego zmierzenia ich zdrowia. Naukowcy zwykle polegają na inwazyjnych, szkodliwych technikach, aby dowiedzieć się, jak radzą sobie koralowce, lub przeprowadzają prymitywne kontrole punktowe, aby określić zdrowie rafy na podstawie samego koloru koralowca. Ale teraz naukowcy ogłosili nową metodę określania zdrowia koralowców, która polega na pomiarze intensywności fluorescencyjnego blasku koralowców.
Tak, jaśniej. Koralowce naturalnie wytwarzają białka fluorescencyjne, które świecą na zielono, gdy są widziane w świetle niebieskim - prawie wszystkie koralowce wykazują to zjawisko fizjologiczne.
„To pierwsze badanie, które śledzi dynamikę koralowej fluorescencji i poziom białka fluorescencyjnego podczas stresu temperaturowego i pokazuje, że fluorescencja koralowa może być wykorzystana jako wczesny wskaźnik stresu koralowego”, powiedziała Melissa Roth, biolog morski z University of California, Berkeley (wcześniej Scripps Institution of Oceanography na University of California, San Diego), w wiadomości e-mail. „Ponieważ fluorescencję koralowców można mierzyć nieinwazyjnie w terenie, może to być ważne narzędzie zarządzania rafami” - powiedziała. Roth i jej kolega Dimitri Deheyn opisali swoje odkrycia w tym tygodniu w raportach naukowych .
Stopień, w jakim koralowiec świeci, zależy w dużej mierze od innej grupy organizmów, glonów dinoflagellatowych. Koralowce są właściwie symbiotycznym zbiorem samego siebie i tych mikroskopijnych glonów dinoflagellatowych - dinoflagellaty pomagają koralowcom uzyskać pożywienie, co z kolei napędza wzrost raf koralowych. Małe organizmy są również odpowiedzialne za nadawanie koralowcom ich typowego brązowawego odcienia.
Ale dinoflagellaty mogą porzucić statek z powodu stresorów, takich jak podwyższona temperatura, zjawisko znane jako bielenie koralowców. Pozostawiona sama bez pomocy dinoflagellatu, naturalnie biała skóra koralowców staje się rażąco widoczna. Koral może żyć krótko po exodusie dinoflagellatu, ale nie na długo. Jeśli glony nie powrócą, koral umrze.
Wiedząc o tym, Roth i Deheyn postanowili zbadać, w jaki sposób fluorescencja koralowa może odzwierciedlać aktualny stan koralowca i jego związek z dinoflagellatami. W swoich eksperymentach wybrali Acropora yongei, pospolity koral rozgałęziony, ponieważ często jeden z pierwszych koralowców wykazuje oznaki stresu i bielenia na rafie. Poddali poszczególne koralowce jednemu z dwóch różnych zestawów eksperymentalnych w swoim laboratorium. W niektórych pojemnikach uderzali w koralowce zimną wodą, aw innych zanurzali koralowce w gorącej wodzie. Inna grupa koralowców służyła jako kontrola. Następnie koralowce kiszą się w swoich wodach o regulowanej temperaturze przez prawie trzy tygodnie.
Naukowcy odkryli wyraźną korelację między stopniem bielenia a stężeniem fluorescencyjnych białek koralowca, co z kolei determinowało siłę jego blasku. W ciągu pierwszych 4 do 5 dni spadło stężenie fluorescencyjnego białka i blask zarówno koralowców zimnych, jak i poddanych obróbce cieplnej. Ale pod koniec 20-dniowego eksperymentu koralowce zestresowane na zimno aklimatyzowały się i wracały do normalnego poziomu fluorescencji. Z drugiej strony koralowce poddane stresowi cieplnemu bielą się i zaczynają świecić jeszcze mocniej, prawdopodobnie dlatego, że ich wspólnoty dinoflagellatów nie blokują już fluorescencji koralowca. Jak supernowa przed ostatecznym upadkiem gwiazdy, koralowce wysyłają stały strumień intensywnego blasku tuż przed nieuchronną śmiercią.
Zdjęcia koralowców w świetle białym (lewe panele) i niebieskim (prawe panele) pokazują, jak koralowce poddane stresowi cieplnemu ostatecznie bielą się i zwiększają fluorescencyjny blask pod koniec eksperymentu. Zdjęcie Melissa Roth, raporty naukowe
Po śmierci blask ustaje. W układzie rafowym biały koral kości stopniowo maskowałby film z zielonych alg pokrywający ruiny martwego organizmu.
Kiedy koralowce zaczną wybielać, obrońcy przyrody i menedżerowie przyrody mają niewiele opcji na pomoc rafom, ponieważ zaczynają spadać i często ostatecznie umierają. Ale jeśli złapią problem z wyprzedzeniem, mogą spróbować pomóc koralowi w strategiach, takich jak cieniowanie za pomocą sztucznych struktur lub osadów, dodawanie przeciwutleniaczy do wody lub wprowadzanie bardziej serdecznych dinoflagellatów, chociaż w większości badań naukowych potwierdzających te potencjalne metody ratunkowe w dużej mierze brakuje.
To nowe odkrycie, Roth ma nadzieję, może być wykorzystane do zapobiegania zawaleniu się rafy, służąc jako rodzaj kanarka w kopalni węgla dla zagrożonych koralowców. „Menedżerowie mogą skupić się na najbardziej wrażliwych koralowcach na rafie, takich jak koralowce rozgałęziające się, i szukać szybkich spadków fluorescencji jako wczesnych oznak stresu” - powiedział Roth. Dałoby im to około tygodniowe okno działania, zanim zacznie się pełne wybielanie. „Wybielanie byłoby jak atak serca” - wyjaśniła. „Wolisz wykryć oznaki wysokiego ciśnienia krwi lub zatkania tętnic, aby zająć się i uniknąć zawału serca”.
Menedżerowie, którzy chcą wizualizować zdrowie swojej rafy, mogą obserwować świecenie za pomocą niebieskiej latarki i żółtego filtra nad maską do nurkowania lub mogą filmować zjawisko za pomocą aparatu wyposażonego w te same funkcje. Jeśli menedżerowie zauważą początkowy spadek blasku koralowca, który wskazuje na zbliżający się problem, na przykład może być podjęte natychmiastowe działanie w celu ratowania rafy.
„Chodzi o to, że możemy wykorzystać fluorescencję koralową jako wczesny wskaźnik zdrowia koralowca przed bieleniem, co może dać menedżerom czas na zrobienie czegoś, jeśli chcą podjąć działania w celu ochrony rafy. Oczywiście może to być trudne na dużą skalę ”- wyjaśniła, dodając, że„ gdy rafy ulegają degradacji, nieliczne, które nam pozostały, mogą być chronione bardziej agresywnie ”.
Autorzy piszą, że potrzebne są dalsze badania nad tym, jak te odkrycia mogą odnosić się do innych gatunków koralowców. Mają również nadzieję, że przyszłe badania połączą biologię z inżynierią, aby pomóc w zaprojektowaniu cyfrowego systemu obrazowania, który lepiej wychwytuje i ocenia ilościowo stopień, w jakim koralowce zmieniają swój blask.
