Skeletdannelse i unge koraller dokumenteret for første gang i multidisciplinær undersøgelse

Skelettet dannet af en koral spiller en nøglerolle i lagringen af ​​atmosfærisk kuldioxid. Tidligere undersøgelser har fokuseret på den proces, hvorved voksne koraller producerer mineraler, der hærder eksisterende væv for at danne skelettet, men det nøjagtige stadie, hvor koraller starter hele mineraliseringsprocessen, har forblevet et mysterium - indtil nu.

For første gang har forskere identificeret den biologiske mineraliseringsproces, der finder sted i en ung koral, der skifter fra plankton- (svømme-)stadiet til det "aflejrede" stadium, hvor det danner skelettet fra mineraler, der beskytter dens koloni. Opdagelsen er vigtig for at forstå processen med dannelse af koralrev og beskytte havdyr mod de økologiske skader forbundet med global opvarmning. Det har også konsekvenser for nye bioteknologiske udviklinger ved hjælp af koralekstraktion til at regenerere og rekonstruere menneskelige knogler.

Forskningen blev udført af prof. Gil Goobes, ved Institut for Kemi ved Bar-Ilan University, Dr. Tali Mass, fra Leon H. Charney School of Marine Sciences ved University of Haifa, og Dr. Anat Akiva og Dr. Iddo Pinkas, fra Weizmann Institute of Science i Israel. Deres resultater blev for nylig offentliggjort i Naturkommunikation .

Koraller begynder deres liv som planktonpolyp, der "svømmer" frit i havet. På et tidspunkt bevæger polyppen sig ind i et "afgjort" stadium, hvor dannelsen af ​​skelettet begynder. Dette er en proces, hvor polyppen udskiller calciumcarbonat meget hurtigt for at danne og beskytte revkolonien. Korrekt udvikling af polypper til det etablerede stadium er afgørende for korrekt udvikling af koralrev.

I den aktuelle undersøgelse undersøgte forskerne den biologiske proces, der finder sted gennem disse to faser. Til dette formål, de anvendte en multidisciplinær tilgang ved hjælp af avanceret elektronmikroskopi, mikro-Raman spektroskopi, og nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopiteknikker for første gang for at teste de interne processer involveret i skeletproduktion.

Forskerne analyserede genekspression i både svømningen og de faste stadier og så modningen af ​​mineraler. Gennem genanalyse var de i stand til at bestemme, at forskellige proteiner var blevet genereret.

De fandt ud af, at specifikke gener aktiverer glutamatrige proteiner i den første (svømme)fase, men så snart polyppen sætter sig og hurtigt begynder at udskille calciumcarbonat, forskellige gener aktiverer aspartatrige proteiner. "Ved at bruge NMR har vi vist tilstedeværelsen af ​​glutamatrige proteiner i det umodne calciumcarbonatmineralmateriale og proteiner rige på aspartat i skelettets krystallinske calciumcarbonat, siger prof. Goobes. "Med andre ord, vi har demonstreret sammenhængen mellem genetisk information og reguleringsaktivitet udført af proteiner. Den umiddelbare betydning af disse fund er i forståelsen af ​​processen med dannelse af koralrev og i at bevare marine skabninger fra de økologiske skader forbundet med klimaændringer."

At vide præcis, hvilke proteiner der bruges til at accelerere mineralvækst i koraller, har vigtige betydninger for at forstå, hvad der accelererer knoglevækst hos mennesker, da mange af koralskeletproteinerne har slående lighed med knogleproteiner hos mennesker. Forståelse af den biologiske proces er også et vigtigt skridt i at efterligne og tilpasse den til mennesker med hensyn til helbredelse af brud eller endda behandling af dybere skelet- og rygproblemer. "I denne undersøgelse har vi opdaget, hvordan skeletvækst kan reguleres. Dette vil fremme udviklingen af ​​nye, bioteknologiske teknikker til knogletransplantationer i menneskekroppen. Selvom vi er langt fra at forstå den mekanisme, hvorved mennesker danner et skelet, denne undersøgelse er et vigtigt skridt i at identificere de gener og proteiner, der er ansvarlige for denne proces, "afslutter Dr. Mass og Prof. Goobes.