Invasive arter af koraller kan prale af en fantastisk kapacitet til regenerering

Opdaget for første gang i Brasilien på kysten af ​​den sydøstlige region i slutningen af ​​1980'erne, da olie- og gasefterforskning begyndte i Campos-bassinet ud for Rio de Janeiro, solkoraller af slægten Tubastraea spreder sig nu meget hurtigt over de brasilianske øers klippekyster og klipper og anses for at være biologiske angribere.

Når den var biodivers og flerfarvet, revene på øen Búzios - en del af Ilhabela kommune, São Paulo stat, også placeret i sydøst - er nu dækket med orange striber. Nogle steder, ingen nøgne sten eller andre koraller kan ses.

"Revene omkring Búzios -øen er i en uoprettelig tilstand, " sagde Marcelo Kitahara, en professor i havvidenskabsafdelingen ved Federal University of São Paulo (DCMAR-UNIFESP) i Santos, Brasilien. Kitahara leder et projekt støttet af Sao Paulo Research Foundation-FAPESP for at studere to arters fylogenomi og sammenhængen mellem deres udvikling og klimaændringer.

Slægten Tubastraea omfatter syv arter, alle hjemmehørende i de tropiske farvande i Det Indiske Ocean og Stillehavet. Kun to, T. coccinea og T. tagusensis , findes også i det sydvestlige Atlanterhav. Begge er invasive arter.

De første brasilianske observationer blev registreret i Campos-bassinet i 1980'erne, efterfulgt af opdagelsen af ​​kolonier på rev ud for Rio de Janeiros sydkyst i 1990'erne. Siden da, solkoraller er fundet på tværs af over 3, 000 km af den brasilianske kystlinje, fra Santa Catarina i syd til Ceará i nordøst.

"Ledelseshandling er stadig mulig nogle steder, men dette kræver fuldstændig manuel fjernelse af alle kolonier, " sagde Kitahara. "Hvis der ikke gøres noget for at stoppe dets fremrykning, solkoraller kan potentielt kolonisere hele den brasilianske kyst."

En undersøgelse, der viser solkorallers overraskende evne til at regenerere, fik sine resultater offentliggjort i Journal of Experimental Marine Biology and Ecology . Hovedforfatteren er ph.d. studerende Bruna Louise Pereira Luz, en biolog tilknyttet Federal University of Paraná (UFPR) og i øjeblikket i Australien studerer solkoraller ved James Cook University, Townsville, nær Great Barrier Reef, under opsyn af Kitahara.

"Solkoralkolonier formerer sig med stor hastighed i områder som disse. Vi satte os for at forstå hvordan og hvorfor, " sagde Kitahara. På et af resultaterne - kun gjort muligt gennem et laboratorieforetaget eksperiment - afslørede de også, at solkoralregenereringsprocessen bliver hurtigere, efterhånden som vandtemperaturen stiger.

Mulig indflydelse fra olie- og gasindustrien

Udseendet af disse invasive arter, lige da olie- og gasproduktionen begyndte, var ikke enestående for Rio de Janeiro. Den Mexicanske Golf har også store offshore oliefelter, og solkoraller er blevet fundet på den mexicanske kyst siden begyndelsen af ​​2000'erne. Der er endda registreringer af solkoraller fastgjort til skibenes skrog.

"Vi kan ikke være helt sikre på, at offshore olieboringer i Campos-bassinet resulterede i invasion af vores kyst af solkoraller, men alle beviser peger på denne konklusion, " sagde FAPESP-projektkoordinatoren.

Et koralrev er et kalkstensskelet bygget af kolonier af tusindvis af små dyr kaldet koralpolypper. De fleste koraller, der bygger rev, indeholder fotosyntetiske alger, der lever i deres væv. Korallerne og algerne har et symbiotisk forhold:polypperne leverer de forbindelser, som algerne kræver til fotosyntese, og algerne forsyner polypperne med næringsstoffer. Andre typer, inklusive solkoraller, kan vokse og formere sig uden alger.

"Fordi den ikke har nogen alger, solkoraller er ikke begrænset til steder med sollys til fotosyntese. Det forekommer typisk i dybder på op til 20 meter, men der er registreret observationer på 110 meter. På klippekyster og undersøiske klipper, polypper bygger et stort antal kolonier og dækker 100% af substratet, " forklarede Kitahara.

Under denne proces, de driver de indfødte koraller ud, ødelæggende økologiske forhold til den marine fauna, der er afhængig af eller beboer den.

Reorganisering af stamceller

At undersøge de mekanismer, der gør det muligt for solkoraller at tilpasse sig så vellykket og sprede sig hurtigt i forskellige havmiljøer, forskerne samlede en koloni af T. coccinea og en anden af T. tagusensis fra øen Búzios.

I laboratoriet, forskerne fjernede fra hver koloni 120 fragmenter bestående af skelet med levende væv, men uden mesenterier, mund og tentakler. Prøverne af hver art blev derefter adskilt i to grupper på 60, et med meget små fragmenter (3,5-11 mm²) og et andet med lidt større fragmenter (11-53 mm²). Alle 240 fragmenter blev anbragt separat i beholdere med filtreret havvand.

For hver kombination af arter og fragmentstørrelse, individer blev yderligere adskilt i tre grupper på 20 fragmenter og holdt ved en konstant temperatur på 24 °C (historisk den gennemsnitlige overfladevandstemperatur i regionen), 27 °C (den gennemsnitlige havoverfladetemperatur om sommeren) eller 30 °C (observeret under hedebølger).

Endelig, virkningerne af tilstedeværelsen af ​​mad blev testet ved at tilsætte lige store mængder (10 ml) levende zooplankton hver anden dag til halvdelen af ​​beholderne.

Fragmenterne blev fotograferet på den første dag af eksperimentet, og da munden og den komplette polyp først blev observeret. Kun 41 af de 240 fragmenter, eller 17,1%, gennemgik vævsnekrose og død. De andre 199 fragmenter (86,9%) regenererede. Af disse, 21 (9% af hele prøven) viste et alternativt regenereringsmønster, med dannelsen af ​​to polypper i stedet for en.

Uanset arten, koralfragmenters overlevelse blev kun påvirket af temperatur. Overlevelsesraten var højest ved 24 °C. Der var ingen forskel mellem fragmenterne holdt ved 27 °C og dem, der blev holdt ved 30 °C. Fødevareforsyning og fragmentstørrelse påvirkede ikke overlevelsen.

Regenerering viste sig at omfatte følgende trin. Efter indledende vævsretraktion, mundrudimenter blev mærkbare, nogle gange to for et enkelt fragment. Efterfølgende udvikling bestod enten af ​​vævsreorganisering omkring mundens rudimenter, fører til dannelsen af ​​to små, tydelige polypper, eller reabsorptionen af ​​et af rudimenterne, i hvilket tilfælde signifikant vævsdifferentiering omkring det resterende mundrudiment resulterede i en større polyp.

"Vi observerede et meget interessant fænomen, " sagde Kitahara. "Fra et cellulært synspunkt, der skete en omlægning af stamceller. Polypen i dannelse forbrugte væv som energikilde til at prioritere produktionen af ​​andre kropsdele. "

Resultaterne af eksperimentet indikerede generelt hurtigere regenereringshastigheder ved højere temperaturer. Den hurtigste mundregenerering for fragmenter uden kontakt med mad var 23 dage ved 24 °C eller 18 dage ved 30 °C. Imidlertid, fragmenter holdt ved 27 °C i kontakt med levende zooplankton viste 30 % hurtigere mundudvikling. Dette tyder på optimal mundudvikling ved mellemtemperaturen (27 °C), forudsat at der er kontakt med fødevarer.

Fragmenter af begge arter udviklede sig til komplette polypper på cirka 25 dage ved 27 °C og 30 °C. Ikke -fodrede individer af arten T. coccinea tog cirka 41 dage at opnå polypdannelse.

Som Kitahara forklarede, det faktum, at solkoraller regenererer hurtigere ved højere temperaturer, er meget relevant for dens invasive succes. De fleste indfødte koraller på den brasilianske kyst lider af blegning, når overfladevandstemperaturen stiger.

"De mister farve, " sagde den FAPESP-finansierede forsker. "Varmere vand forstyrrer metabolismen af ​​deres symbiont-alger. Blegede koraller overlever kun i få dage. Hvis temperaturen forbliver høj, den dør. Afblegning eller død af indfødte koraller åbner en mulighed for substratinvasion af solkoraller."

De næste trin i denne forskningslinje, ifølge Kitahara, vil være at sekventere solkorals genom, på den molekylære side, og, på den økologiske side, at undersøge de biologiske aspekter af dens invasion, og hvordan den påvirker den oprindelige marine fauna.

Fremtiden ser ikke lovende ud for indfødte koraller på den brasilianske kyst, efter Kitaharas mening. Til solkoraller, tværtimod, det ser ud til at være lyst. På den ene side, globale klimaændringer og stigende havvandstemperaturer hjælper angriberen, som regenererer hurtigere i varmere vand, mens indfødte koraller risikerer at dø. For ikke at nævne udsigten til at udvide olieproduktionen i brasilianske farvande.