Biologer identificerer gammel stressrespons i koraller

Stanford marinebiologer har opdaget, at koraller aktiverer en bestemt gruppe af gamle, defensive gener, når de udsættes for stressende miljøforhold. Disse stress-inducerede gener kunne tjene som en slags advarselstegn for koralblegningsbegivenheder.

I undersøgelsen, forskere overvågede tre koralkolonier i en lagune på Ofu Island, Amerikansk Samoa, for deres reaktion på stressfaktorer som høje temperaturer, ilt, og havets surhed. På de varmeste dage, forskerne så en betydelig ændring i, hvilke gener korallerne aktiverede i deres celler.

"De begyndte at bruge et helt sæt gener, som de bare ikke havde brugt før, " sagde Steve Palumbi, professor i havvidenskab, direktør for Hopkins Marine Station, og en forfatter til papiret, der beskriver undersøgelsen, for nylig udgivet i Videnskabens fremskridt .

Et øjebliksbillede af korallers sundhed

I 2016 Great Barrier reef oplevede den værste koralblegning, der er registreret, da koraller på tværs af hundreder af kilometer blev skarpe hvide. Disse blegningsbegivenheder kan i sidste ende føre til koraldød. Forskere forudser, at globale klimaændringer og den fortsatte stigning i havtemperaturerne vil øge hyppigheden af ​​koralblegning på verdensplan. Den vanskelige del er, koraller viser ikke synlige tegn på blegning på forhånd. De gener, der er identificeret i denne undersøgelse, kan give forskerne et øjebliksbillede af korallers sundhed - og en idé om, hvornår blegning sandsynligvis vil forekomme.

Under stressede forhold, en korals normale cellulære funktioner begynder at svigte. Som svar, gruppen af ​​gener identificeret i denne undersøgelse udløser en proces, kaldet det udfoldede proteinrespons, der arbejder for at genoprette normale forhold i cellen. Hvis forholdene bliver ved med at forværres, korallerne bleges og dør til sidst.

"For første gang, vi er i stand til at spørge de koraller, 'hvordan har du det?' De har ikke et hjerteslag. De har ingen puls. Vi skal kende deres vitale tegn for at forstå, hvordan de reagerer på miljøet, " sagde Palumbi.

En gammel stressreaktion

I løbet af den sytten dage lange studieperiode, Palumbi og kandidatstuderende Lupita Ruiz-Jones overvågede over 17, 000 koralgener lige efter middag hver dag. På den syvende og ottende dag, når tidevandet var lavest og temperaturerne varmeste, korallernes gener igangsatte det cellulære udfoldede proteinrespons. På dag ni, tidevandet steg, og korallernes systemer vendte tilbage til det normale.

"Dette svar viser bare, hvor synkroniserede koraller er med deres miljø, " sagde Ruiz-Jones, som var første forfatter på papiret.

Denne stressreaktion er ikke unik for koraller. Det er blevet observeret hos pattedyr såvel som nogle gærarter. Mennesker aktiverer de samme gamle gener som reaktion på sygdomme, som kræft. I tider med stress, en celles fejlfoldede og udfoldede proteiner akkumuleres i det endoplasmatiske retikulum, en række fladtrykte, rørlignende strukturer i cellen, der hjælper med at opbygge proteiner. Det udfoldede proteinrespons er en reaktion på oversvømmelsen af ​​fejlmonterede proteiner.

"Det er dybest set organismen, der erkender, at noget ikke er rigtigt, " sagde Ruiz-Jones.

Studerer hårde koraller

Lagunen på Ofu Island, et lavt turkis badekar, givet det ideelle korallaboratorium til at studere varmetolerante koraller. Korallerne på Ofu Island oplever vandtemperaturer nær menneskelig kropstemperatur, nok til at dræbe de fleste koralarter. Ofu koraller, imidlertid, trives under stressende miljøforhold.

Forskere mener, at hyppige, pulserende udsættelse for høje temperaturer kan gøre koraller stærkere, meget på samme måde som atleter træner til konkurrence. At forstå, hvorfor nogle af verdens hårdeste koraller er så varmetolerante, kan hjælpe forskerne med at identificere og kortlægge andre overlevende koralkolonier rundt om i verden.

"Vi ved, at koraller har evnen til at tilpasse sig og udvikle sig til varmere vand, end vi troede før. Vi kan bruge det som et primært aktiv for at hjælpe dem med at leve gennem de næste årtier, indtil vi løser de globale klimaændringer, " sagde Palumbi.

Palumbi er også senior fellow ved Stanford Woods Institute for the Environment.