Kunne forsurende oceaner bremse koralsygdommen?

Koralrev står over for intensivere kampe, efterhånden som drivhusgasser opvarmer og forsurer havet, men ny forskning tyder på en potentiel sølvbeklædning:Nogle koralsygdomme kan også aftage midt i miljøændringer.

En kontrolleret laboratorieundersøgelse ledet af Mote Marine Laboratory og offentliggjort 1. juni i det peer-reviewede tidsskrift PLOS ET afslørede, at sortbåndssygdom var mindre dødelig for bjergrige stjernekoraller (Orbicella faveolata), da vandet forsuredes, eller faldet i pH. Forskere fra Mote og University of South Carolina, og studerende fra University of Rhode Island, University of New Hampshire, University of Hawaii og Unity College i Maine udførte undersøgelsen.

Havets pH falder gennem processen med havforsuring (OA) drevet af overskydende kuldioxid, den samme drivhusgas drivende temperatur stiger på verdensplan. OA kan svække eller opløse korallers hårde skeletter og forårsage andre ændringer i flere marine arter. Varmt vand stresser koraller, får dem til at miste de vitale alger i deres væv. Koralsygdomme, endnu en stor trussel, kan forværres i koraller, der er stressede af opvarmende vandtemperaturer, men få undersøgelser har undersøgt, hvordan disse sygdomme kunne ændre sig midt i lave pH-niveauer, der forventes med OA.

Den nye undersøgelse er den første til at undersøge, hvordan vand med lav pH påvirker sort bånd - et hurtigt fremadskridende, ofte dødbringende, verdensomspændende koralsygdom, der rammer mindst 42 koralarter alene i Caribien. Berørte arter omfatter bjergrige stjernekoraller, en væsentlig bidragyder til revsystemet i Florida Keys og opført som truet under U.S. Endangered Species Act.

Sort bånd, en variabel gruppe af flere bakteriearter, danner en mørk cirkel, der breder sig over en koral, dræbe den.

"Bjergstjernekoral vokser kun et par millimeter om året, og sort band kan dræbe en hundrede år gammel koral inden for få uger, " sagde Dr. Erinn Muller, hovedforfatter og leder af Motes Coral Health and Disease Research Program.

I meget lille skala, sort bånd producerer et miljø med lavere pH end omgivelserne - lokaliseret forsuring. "I laboratoriet, vi troede, at udsættelse af en inficeret koral for forsuret vand ville fremskynde denne sygdoms virulens, men til vores overraskelse, det modsatte skete, sagde Muller.

I løbet af 2013 laboratoriearbejde på Motes Summerland Key campus, forskerne inokulerede 32 bjergrige stjernekoralfragmenter med sortbåndssygdom, at anbringe nogle i tanke med temperatur og pH svarende til nutidens havvand, og andre i tanke med forhøjet temperatur, sænket pH eller begge dele - ved hjælp af år-2100 fremskrivninger fra det mellemstatslige panel for klimaændringers femte vurderingsrapport.

"Disse eksperimentelle undersøgelser i laboratoriet er ekstremt vigtige - de giver os et indblik i den potentielle fremtid for vores rev, " sagde Mote's Ocean Acidification Research Program manager, Dr. Emily Hall. Hun fører tilsyn med forskning i Mote's Ocean Acidification Flow-through Experimental Raceway Unit på Summerland Key, som blev etableret takket være et NSF-tilskud. "Med havforsuring, ikke alle organismer påvirkes på samme måde. Det er vigtigt for ledere af beskyttede havområder at vide, hvordan påvirkningerne kan variere."

Forskerne overvågede omhyggeligt vandforholdene og fotograferede og målte dækningen af ​​sort bånd i 16 dage; inden da, nogle koralfragmenter var fuldstændig døde af sygdommen. Holdet prøvede sorte båndbakterier og korallernes naturlige beboede bakterier - hvoraf nogle bidrager til korallernes immunsystem - og sekventerede deres 16S rRNA-gen, som hjælper med at klassificere bakterier i videnskabelige kategorier.

Deres analyse afslørede en overraskelse:"Selvom varmere temperaturer ikke signifikant påvirkede progressionen af ​​sortbåndssygdom i denne periode, den lave pH-behandling gjorde det - det bremsede sygdommens progressionshastighed med 25 procent, " sagde Muller. "Det tog os et stykke tid at tro det."

Skeptisk, Muller og kolleger kørte lignende tests med andre koralarter bortset fra den bjergrige stjernekoral i den aktuelle undersøgelse. Den bjergrige stjernekoral viste den klareste tendens, men data fra andre arter antydede lignende mønstre.

Hvordan kan forsuring bremse sortbåndssygdom?

"Sort båndsygdom har et meget tydeligt konsortium af mikrober, og det ser ud til, at sænket pH påvirkede forskellige mikrober på forskellige måder, " sagde studiepartner Dr. Kim Ritchie Associate Professor ved University of South Carolina i Beaufort. "Den overflod af et betydeligt medlem af konsortiet faldt."

Specifikt, forsuret vand reducerede mængden af ​​Oscillatoriophycidae, en klasse af cyanobakterier, der ofte dominerer sortbåndssygdom. Disse bakterier bærer pigmenter, der giver sygdommen dens tydelige farve. Selvom disse bakterier lever i det allerede forsurede miljø af sorte bånd, tidligere undersøgelser af andre tyder på, at cyanobateria kan falde, hvis vandet bliver forsuret ud over deres tolerancegrænser.

"Der var også ændringer i korallernes eget mikrobielle samfund, men ingen, der forklarede ændringen i sygdommen, " sagde Muller. "Hvad skete der i selve det sorte bånd, en reduktion i hovedbidragsyderen til sygdomskonsortiet, var sandsynligvis en bedre forklaring."

"Et af vores næste skridt er at studere, hvordan lav pH påvirker de meget små betingelser i mikromiljøet af sorte båndsygdomme, når det ydre miljø ændrer sig, sagde Muller.

Forskerne søger også at udvide og replikere undersøgelsen i flere faciliteter, med flere detaljer, længere tidsrammer, flere koralarter og flere sygdomme. Ingen enkelt laboratorieundersøgelse kan simulere alle kompleksiteten af ​​de forventede havforsuringspåvirkninger, men vigtige fremskridt er i horisonten. Mote åbnede sit nye Elizabeth Moore International Center for Coral Reef Research &Restoration (IC2R3) i maj 2017 på Summerland Key, Florida. Denne 19, 000 kvadratmeter facilitet inkluderer nye laboratorier til forbedret havforsuringsforskning, i høj grad takket være en donation fra Alfred og Ann Goldstein Foundation, som gjorde det muligt for Mote at etablere sit Alfred Goldstein Institute for Climate Change Studies.

I marken, Muller og andre undersøger mulige metoder til at kontrollere spredningen af ​​sort bånd på vilde koraller.

Den nye PLOS ET studiet nydt godt af det hårde arbejde fra praktikanter i NSF Research Experiences for Undergraduates-programmet og Motes omfattende college-praktikprogram. Gennem studiet, University of St. Andrews studerende, Keir Macartney, var medforfatter til hans første fagfællebedømte tidsskriftsartikel og fandt nye retninger for sin karriere.

"Min oplevelse med Mote drev mig mod koralrev; det var fantastisk, " sagde Macartney, en dykker, der nu opnår sin doktorgrad fra University of New Hampshire, studere svampe på dybere vandrev. Med to somre med arbejde på PLOS ET undersøgelse, Macartney formulerer det klare budskab med hjem:

"Havforsuring vil stadig have negative økologiske konsekvenser, men det destabiliserer måske ikke rev på præcis de måder, vi forventer, " sagde Macartney. "I betragtning af hvordan de mikrobielle samfund ændrede sig i denne undersøgelse, Jeg tror, ​​at havforsuring kan gøre ting, der virkelig vil overraske os."