Koralni greben traja več tisoč let, vendar lahko v hipu izgine.
Sorodne vsebine
- Globokovodni koralji žarejo za svoje življenje
- Najnovejšega belilnega dogodka je morda konec, a grebeni so še vedno v nevarnosti
Krivec je običajno beljenje koral, bolezen, ki jo zaostrujejo segrevalne vode, ki danes ogrožajo grebene po vsem svetu. Najhujši zabeleženi dogodek beljenja je prizadel Južni Tihi ocean med letoma 2014 in 2016, ko so naraščajoče temperature oceanov, ki jim je sledil nenadni pritok tople vode El Niño, travmatizirale Veliki pregradni greben. V samo eni sezoni je beljenje zmanjšalo skoraj četrtino ogromnega ekosistema, ki se je nekoč raztezal na skoraj 150.000 kvadratnih kilometrih skozi Koralno morje.
"Kakor grozno je bilo, je bil ta postopek beljenja klic, " pravi Rachel Levin, molekularna biologinja, ki je pred kratkim predlagala drzno tehniko za reševanje teh ključnih ekosistemov. Njena ideja, objavljena v reviji Frontiers in Microbiology, je preprosta: Namesto, da bi v naravi poiskali zdrave simbionte, s katerimi bi ponovno naselili beljene korale, jih umestite v laboratorij. Glede na to, da bi to zahtevalo pomembno poseganje v naravo, bo predlog verjetno vznemiril sporne vode.
Toda Levin trdi, da bi lahko s časom zmanjkalo grebenov po vsem svetu, kar bi lahko pomenilo tveganje.
Levin je študiral farmakologijo raka kot dodiplomski študij, vendar je očaral nad grožnjami, ki se soočajo z vodnim življenjem, medtem ko se je potegoval za tečaje morskih znanosti. Navdušilo jo je dejstvo, da je bilo za razliko od raziskav bolezni pri ljudeh veliko manj raziskovalcev, ki se borijo za obnovitev zdravja oceanov. Po diplomi se je iz Kalifornije preselila v Sydney v Avstraliji in doktorirala. na Centru za morske biološke inovacije na Univerzi v Novem Južnem Walesu z upanjem, da bo svoje znanje na področju raziskav človeških bolezni uporabila tudi pri koralah.
V medicini raziskovalci pogosto predstavljajo grožnjo resne bolezni, da bi poskusili novo in kontroverzno zdravljenje (tj. Združevanje dveh ženskih zdravih jajčec s semenčicami enega moškega, da bi naredili "otroka s tremi starši"). Enako velja v znanosti o okolju - v določeni meri. "Kot strašna bolezen [pri] ljudeh, ko ljudje spoznajo, kako težka situacija postaja, tudi raziskovalci poskušajo predlagati veliko več, " pravi Levin. Ko gre za varčevanje okolja, pa je vse manj zagovornikov, ki bi bili pripravljeni izvajati tvegane, prelomne tehnike.
Kar zadeva grebene - ključne morske regije, ki vsebujejo presenetljivo količino raznolikosti in ščitijo kopenske mase pred nevihtnimi naleti, poplavami in erozijo -, bi bilo to obotavljanje lahko usodno.
Beljenje koral je pogosto predstavljeno kot smrt koral, kar je nekoliko zavajajoče. Pravzaprav razpad simbiotske zveze omogoča, da koral uspeva. Sama koralna žival je podobna graditelju zgradb, ki gradi oder visokega apartmajskega kompleksa. Razvijalec odda vsako od milijard prostorov enoceličnim fotosintetskim mikrobom, imenovanim Symbiodinium.
Toda v tem primeru Symbiodinium v zameno za varno mesto za življenje naredi hrano za korale s pomočjo fotosinteze. Belljen koral je nasprotno kot zapuščena zgradba. Koralci nimajo hrane, koralci na koncu umrejo.
Čeprav je beljenje lahko smrtonosno, je dejansko pametna evolucijska strategija kora. Pričakuje se, da bo Symbiodinium podprl svoj konec pogodbe. Ko pa se voda preveč segreje, prenehajo s fotosintezo. Ko te hrane primanjkuje, korale pošljejo obvestilo o deložaciji. "To je tako, kot da imate slabega najemnika - znebili se boste tistega, kar imate, in videli, če boste našli boljše, " pravi Levin.
Ker pa se oceani še naprej segrevajo, je vse težje in težje najti dobre najemnike. To pomeni, da so deložacije lahko tvegane. V segrevanju oceana bi lahko koralna žival umrla, preden bi našla boljše najemnike - scenarij, ki je uničil grebene ekosisteme okoli planeta.
Levin je to težavo želel rešiti tako, da je ustvaril preprost recept za izgradnjo super simbiontov, ki bi lahko naselili beljene korale in jim pomagali, da obstajajo zaradi podnebnih sprememb - v bistvu popolni najemniki. Morala pa je začeti majhna. Takrat "je bilo toliko lukenj in vrzeli, ki so nam preprečile, da bi šli naprej, " pravi. "Vse, kar sem želel, je pokazati, da lahko genetsko inženirimo [ Symbiodinium ]."
Tudi to bi se izkazalo za visok red. Prvi izziv je bil, da ima Symbiodinium kljub enoceličnemu organizmu nevaren genom. Običajno imajo simbiotični organizmi racionalizirane genome, saj se za večino svojih potreb zanašajo na svoje gostitelje. Medtem ko imajo druge vrste genomov približno dva milijona baznih parov, je genom Symbiodinium za 3 reda večji.
"So humongni, " pravi Levin. Dejansko je celoten človeški genom le nekaj manj kot 3-krat večji kot Symbiodinium .
Tudi potem, ko je napredek v sekvenciranju DNK omogočil dešifriranje teh genomov, znanstveniki še vedno niso imeli pojma, za kaj gre za 80 odstotkov genov. "Morali smo slediti in sestavljati, kateri gen je počel tisto, kar je v tem organizmu, " pravi Levin. Symbiodinium je član skupine fitoplanktona, imenovane dinoflagelati, neverjetno raznolike. Levin je pozornost usmeril na dva ključna seva Symbiodinium, ki bi ju lahko gojila v svojem laboratoriju.
Prvi sev, tako kot večina Symbiodiniuma, je bil občutljiv na visoke temperature, ki povzročajo beljenje koral. Povišajte toplotni gumb za nekaj zarez in ta dejavnik je nazdravil. Toda drugi sev, ki je bil izoliran iz redkih koral, ki živijo v najtoplejših okoljih, se je zdelo nepropustno za vročino. Če bi lahko ugotovila, kako ta dva seva obvladujeta svoje gene med pogojem beljenja, potem bi morda našla genetske ključe za inženiring novega super-seva.
Ko je Levin povzročil vročino, je videla, da odporni Symbiodinium pospešuje proizvodnjo antioksidantov in proteinov toplotnega udara, ki pomagajo popraviti celično škodo, ki jo povzroči toplota. Presenetljivo je, da običajni simbiodin ni. Levin se je nato posvetil iskanju načina, kako v šibkejši Symbiodinium vstaviti več kopij teh ključnih toplotnih genov, s čimer je ustvaril sev, prilagojen za življenje s koralami iz zmernih regij - vendar z orodji za preživetje segrevanja oceanov.
Pridobivanje nove DNK v dinoflagelatno celico ni lahka naloga. Čeprav so drobne, so te celice zaščitene z oklepnimi ploščami, dvema celičnima membranama in celično steno. "Lahko se prebijete, če pritisnete dovolj močno, " pravi Levin. Toda potem spet lahko na koncu ubijete celice. Tako je Levin zaprosil za pomoč verjetno verjetnega sodelavca: virusa. Konec koncev so se virusi "razvili, da so lahko svoje gene vnesli v genom svojega gostitelja - tako preživijo in se razmnožujejo, " pravi.
Levin je izoliral virus, ki je okužil Symbiodinium, in ga molekularno spremenil, da ne bi več ubil celic. Namesto tega si je zamislila, da je to benigni sistem za dovajanje toplote, ki prenaša toploto. V svojem prispevku Levin trdi, da bi koristna obremenitev virusa lahko uporabila CRISPR, prelomno tehniko urejanja genov, ki temelji na naravnem postopku, ki ga uporabljajo bakterije, za rezanje in lepljenje teh dodatnih genov v območje genoma Symbiodiniuma, kjer bi bili zelo močni izraženo.
Zveni dovolj naravnost. Toda zapletanje z živim ekosistemom ni nikoli preprosto, pravi Dustin Kemp, profesor biologije z univerze v Alabami v Birminghamu, ki preučuje ekološke vplive podnebnih sprememb na koralnih grebenih. "Zelo sem naklonjen tem rešitvam za ohranjanje in genetsko pomoč, " pravi Kemp. Toda "obnova grebenov, ki so trajale tisoče let, bo zelo zastrašujoča naloga."
Glede na osupljivo raznolikost sevov Symbiodinium, ki živijo znotraj ene same koralne vrste, četudi je obstajal močan sistem za genetsko modifikacijo, se Kemp sprašuje, ali bi sploh bilo mogoče izoblikovati dovolj različnih super- Symbiodinija, da bi to raznolikost obnovil. "Če očistite posek starega gozda in nato posadite nekaj borovcev, to resnično varčuje ali obnavlja gozd?" Vpraša Kemp, ki ni bil vključen v raziskavo.
Toda Kemp se strinja, da grebeni umirajo z zaskrbljujočo hitrostjo, prehitro, da bi naraven napredek Symbiodiniuma lahko nadaljeval. "Če bi se korali hitro razvijali, da bi obvladovali [tople vode], bi pomislili, da bi to že videli, " pravi.
Thomas Mock, morski mikrobiolog z univerze v Vzhodni Angliji v Veliki Britaniji in pionir na področju gensko spreminjajočega fitoplanktona, prav tako poudarja, da je biologija dinoflagelatov še vedno v veliki meri zajeta v skrivnost. "Zame se to zajebava, " pravi. "Toda tako se običajno začne. Provokativni argument je vedno dober - zelo izziven, a začnimo nekje in poglejmo, kaj lahko dosežemo. "Pred kratkim je CSIRO, oddelek za znanost avstralske vlade, napovedal, da bo financiral laboratorije za nadaljevanje raziskav genetskih sprememb v koralnih simbiontov.
Kar zadeva zdravje ljudi - na primer zaščito ljudi pred uničujočimi boleznimi, kot sta malarija ali Zika -, so bili znanstveniki pripravljeni poskusiti drastičnejše tehnike, kot je na primer sproščanje komarjev, gensko programiranih za prenašanje smrtonosnih genov. Levin trdi, da genetske spremembe, ki so potrebne za reševanje koral, ne bi bile niti približno tako ekstremne. Dodaja, da je potrebno veliko več nadzorovanih laboratorijskih testiranj, preden bi lahko gensko spremenjeni Symbiodinium spustil v okolje, da bi lahko na novo naselil grebene koralnih grebenov.
"Ko govorimo o" gensko zasnovani ", teh vrst ne spreminjamo bistveno, " pravi. "Ne delamo zelo mutantnih stvari. Vse, kar poskušamo narediti, je, da jim dodamo dodatno kopijo gena, ki jim že mora pomagati ... ne poskušamo biti nor znanstveniki. "
