Gennembrud inden for levende koralbilleder

Koraller er forkalkende dyr og er de vigtigste arkitekter bag det mest forskelligartede marine økosystem, koralrevene. Koraldyret rummer små mikroalger som symbionter i dets væv, hvor de fikserer CO2 via fotosyntese og forsyner dyreværten med organisk kulstof til dens respiration. På tur, mikroalgerne får ly og næringsstoffer i koralvævet, som strækker sig over et komplekst calciumcarbonatskelet aflejret af dyreværten.

Koralværten tager adskillige foranstaltninger for at optimere lys høst af sine symbionter, samtidig med at man undgår for meget lys. Dette inkluderer vævssammentrækning og afslapning samt syntese af koralværtspigmenter, herunder klart fluorescerende proteinkomplekser svarende til de velkendte grønne fluorescerende proteiner, der er meget brugt som cellemarkører i biovidenskaberne.

Direkte observation af levende koraller er ikke let og har været afhængig af lysfeltbilleddannelse og epifluorescensmikroskopi med begrænset dybde og arealopløsning på grund af det uigennemsigtige koralvæv, som er sammensat af forskellige cellelag, samt diffus backscatter fra det underliggende koralskelet. Brugen af ​​synligt lys til sådanne observationer kan også påvirke korallerne, f.eks. ved at stimulere fotosyntesen eller ved udsættelse for potentielt skadeligt UV og blåt lys.

Et internationalt hold af forskere ledet af professor Michael Kühl ved Biologisk Institut, Københavns Universitet har nu overgået sådanne begrænsninger ved at observere levende korallers vævsorganisering ved at bruge optisk kohærenstomografi.

Michael Kühl forklarer, "OCT er en optisk ultralydslignende teknologi, der fx anvendes af læger til at overvåge vævsskader i øjet. Det involverer brug af ikke-aktinisk nær-infrarød stråling, der trænger dybere ind i væv end synligt lys og kan afsløre mikroskopiske strukturer med forskellige reflekterende egenskaber. Vi brugte et OCT-system, der muliggjorde hurtig 3D-scanning af et 1-2 cm2 område ned til en vævs-/skeletdybde på 1-3 mm med en rumlig opløsning på nogle få μm. Dette muliggjorde fascinerende indsigter til det indre og ydre vævsorganisering over skelettet af levende koraller."

Det var muligt at identificere forskellige vævslag og kvantificere deres plasticitet ved ændringer i lyseksponering på levende koraller. Koraller trak hurtigt deres væv sammen under høj lysbelastning, gør det mere reflekterende og beskytter deres symbionter mod overskydende lys. OCT muliggjorde også kvantificering af fluorescerende værtspigmenter organiseret i granulat, der også gjorde vævet mere reflekterende, især efter sammentrækning.

I mørket, koraller udvider deres væv for at få bedre adgang til ilt, og OCT viste, at korallers vævsoverfladeareal kan fordobles om natten. Overfladearealet af koraller udsat for havvand og indfaldende lys er således meget dynamisk, og OLT kan nu kvantificere sådanne ændringer. Dette kan have vigtige konsekvenser for målingerne af korallets metaboliske hastigheder, som typisk er normaliseret til overfladearealet af koralskelettet, efter at vævet er blevet fjernet - forudsat at sådanne arealmålinger er repræsentative for koralvævets overfladeareal. OLT-resultaterne indikerer, at denne antagelse trænger til revision.

Det var også muligt at overvåge produktionen af ​​koralslim på vævsoverfladen, som er en vigtig bestanddel af korallivet, da slim rummer gavnlige mikroorganismer og også fanger partikler til fodring eller selvrensende formål. Forbedret slimproduktion er også en signatur på stressede koraller, f.eks. ved begyndelsen af ​​koralblegning. Desuden, koraller kan udvide specielle defensive vævsstrukturer såsom mesenteriale filamenter ved mekanisk belastning, og OLT kunne også visualisere sådanne dynamiske reaktioner.

Michael Kühl opsummerer:"OCT er en kraftfuld teknik til at studere den dynamiske struktur af levende koraller og deres adfærdsmæssige reaktion på miljøstress. Den muliggør nu mange nye anvendelser inden for koralvidenskab såvel som inden for andre områder af havbiologi. Vores undersøgelse illustrerer også betydningen af ​​tværfaglige tilgange i videnskaben. Hvem ville have troet, at en teknik, der bruges i øjenklinikken, ville være nyttig til koralforskning?"