Koralstudie afslører overraskende twist

En ny undersøgelse sætter et overraskende twist - man kan endda sige en dobbeltspiral - i vores forståelse af, hvordan koralrev reagerer på havopvarmning og forsuring. Det giver også mulighed for et tidligt varslingssystem for de varmeinducerede blegningsbegivenheder, der i stigende grad skader koralrev verden over.

Koralblegning - når stress forstyrrer partnerskabet, der gavner både koraller og algerne, der normalt lever i deres væv - forekommer næsten fem gange oftere nu end for bare fire årtier siden. Disse begivenheder har ødelagt store skår af ellers livlige levesteder for koralrev, såvel som fiskeri og turisme, de plejer, truer dermed de 375 milliarder dollars, som forskere vurderer, at sunde rev hvert år tilføjer til den globale økonomi.

I den aktuelle undersøgelse, Emily Rivest fra William &Mary's Virginia Institute of Marine Science og kolleger brugte en banebrydende genomisk teknik til at teste, om havopvarmning og forsuring kan påvirke koralværten anderledes end dens algepartner. Studiet, udgivet i det seneste nummer af Grænser i havvidenskab , blev medforfatter af Morgan Kelly fra Louisiana State University, Melissa DeBiasse fra University of Florida, og Gretchen Hofmann fra University of California, Santa Barbara.

Forskergruppen fortsatte med at udsætte en gruppe korallarver og deres algesymbionter for akvarievande opvarmet og forsuret til forhold, der forventes for år 2100, mens man holder en kontrolgruppe under nutidens temperatur- og pH-betingelser. De sammenlignede derefter, hvordan koral- og algceller fra disse forsøgs- og kontrolgrupper var forskellige med hensyn til genekspression.

Genekspression refererer til den proces, ved hvilken en celle læser sin genetiske kode ved at kopiere udvalgte bit af DNA inden i sin kerne og bruge disse "transkripter" til at lave proteiner til cellevækst og vedligeholdelse. I videste forstand, genekspression er grunden til, at din lever ikke vokser øjenkugler eller omvendt. Men for hver celletype - uanset om det er lever, hornhinde, koral, eller alger - differentiel ekspression af en organismes gener bestemmer også mere subtile aspekter af cellulær struktur og funktion, såsom metabolismehastighed eller enzymproduktion.

Vigtigere for den aktuelle undersøgelse, ændringer i genekspression korrelerer også med stress. Forskerne brugte således disse ændringer til at måle, hvilke celler - koraller eller alger - der er mest påvirket af alt for varmt vand eller ætsende surhed.

Til forskernes overraskelse, de fandt ud af, at stress ændrer genekspression mest markant i algerne. Siger Rivest, "Vi så flere forskelle i genekspression i symbionten end i koraller, hvilket var virkelig interessant, fordi jeg tror, ​​at folk antager, at korallen - da den er dyret og er større - ville være den, der var i kontrol og sandsynligvis ville ændre sig. "Forskerne opdagede, at 89 gener blev differentielt udtrykt i algecellerne, mens kun 17 blev differentielt udtrykt i korallen.

Et teknisk gennembrud

Tidligere undersøgelser af koralblegning er blevet hæmmet af de tekniske vanskeligheder ved at fortælle, om de genetiske uddrag, der bruges til at måle ændringer i genekspression, stammer fra koraldyret eller dets algesymbiont. Rivests team overgik denne udfordring ved at sammenligne deres observerede uddrag med dem på genetiske biblioteker, der for nylig blev udviklet for hver gruppe af organismer.

"Vi kan bruge disse nye bioinformatiske ressourcer til at sige 'OK, find matchet, '"siger Rivest." Det er virkelig spændende, især for koraller, som er vanskelige dyr at arbejde med med hensyn til generering af sekvensdata. Indtil for nylig, vi havde bare ikke gode nok genetiske biblioteker til at udføre denne type arbejde effektivt. "

Tidligere undersøgelser har også mest fokuseret på voksne koraller. Ved i stedet at se på larver og deres algepartnere, Rivests team hjalp med at belyse en vigtig og sårbar fase i en korals livscyklus.

"Vores resultater, "siger Rivest, "viser, at alger spiller en vigtigere rolle, end vi tidligere troede-selv i løbet af denne meget tidlige og kritiske livshistoriske fase. Hvis du ikke har succes i larvestadiet, har du ikke nye voksne koraller på revet. I vilkår for rev, der vedvarer ind i fremtiden, succesen i denne tidlige fase er nøglen. "

En tidlig advarsel?

Teamets overraskende opdagelse har vigtige konsekvenser for forståelsen, overvågning, og beskyttelse af koralrev truet af blegning.

"Når vi leder efter blegning, vi måler ofte korallens farve, som afspejler antallet af symbionter der er, "siger Rivest. Algesymbionterne indeholder fotosyntetiske pigmenter, der giver det ellers næsten gennemsigtige koralvæv deres farve. Når koraller stresses og mister deres alger, det, der bliver synligt, er deres underliggende, typisk hvidligt skelet, giver dem et bleget udseende.

"Men, "siger Rivest, "vores undersøgelse tyder på, at selvom du ikke har en bleget koral, forholdet mellem symbionten og korallen kan være virkelig anderledes. Så det er vigtigt at gå ud over, hvor mange symbionter der er - vi skal virkelig forstå, hvordan dette forhold ændrer sig, og godt inden symbionterne forlader. "

"Hvis vi kunne forudse, hvornår blegning vil forekomme, " hun siger, "vi kunne måske prøve at redde disse rev - skygge dem, transplantere udvalgte koraller - uanset hvad der kan virke for at forhindre, at disse massive begivenheder sker. Så vi skal vide, hvad advarselstegnene er. Hvis du kunne identificere en bestemt genekspressionssignatur, eller en forhøjet aktivitet eller et bestemt protein, så ved du, hvad du effektivt skal måle og kigge efter. "

Rivest erkender, at den eneste virkelig realistiske måde at begrænse koralblegning er at begrænse de menneskelige aktiviteter, der fører til havopvarmning. Men hun mener, at et system til tidlig varsling også kan spille en rolle i samfundets reaktion.

"Den bedste løsning til koralblegning er at tage fat på havets globale opvarmningstendens, "siger hun." Et system til tidlig varsling kan ikke forhindre, at disse hændelser sker, men det kan hjælpe os med at afbøde tabene og hjælpe koralrev vedvarende i en eller anden form ind i fremtiden. "