Кораловият риф отнема хиляди години, но все пак може да изчезне за миг.
Свързано съдържание
- Дълбоководни корали светят за живота си
- Последното избелващо събитие може да приключи, но рифовете все още са в опасност
Виновникът обикновено е избелване на корали - болест, изостряна от затоплящи се води, които днес заплашват рифове по целия свят. Най-лошото регистрирано събитие за избелване удари Южния Тихи океан между 2014 и 2016 г., когато покачващите се температури на океана, последвани от внезапен приток на топли води на Ел Ниньо, травмираха Големия бариерен риф. Само за един сезон избелването обезлюди близо една четвърт от огромната екосистема, която веднъж се разпростира на близо 150 000 квадратни мили през Коралово море.
„Колкото и да беше ужасно, това избелващо събитие беше събуждане“, казва Рейчъл Левин, молекулярна биоложка, която наскоро предложи смела техника за спасяване на тези ключови екосистеми. Идеята й, публикувана в списанието Frontiers in Microbiology, е проста: Вместо да намери здрави симбионти, които да пренаселят обезцветените корали в природата, вместо това ги инженер. Като се има предвид, че това би наложило значителна намеса в природата, предложението вероятно ще разбуни противоречивите води.
Но Левин твърди, че с изчерпването на времето за рифовете в световен мащаб потенциалната стойност би могла да струва риска.
Левин учи фармакология на рака като студент, но остана очарован от заплахите, които са изправени пред водния живот, докато се занимава с курсове по морски науки. Тя беше поразена от факта, че за разлика от изследванията на човешките болести, има много по-малко изследователи, които се борят за възстановяване на здравето на океана. След като се дипломира, тя се премества от Калифорния в Сидни, Австралия, за да следва докторска степен. в Центъра за морски био-иновации в Университета на Нов Южен Уелс, с надеждата да приложи своя опит в изследванията на човешките болести върху коралите.
В медицината често се налага заплахата от сериозно заболяване за изследователите да опитат ново и противоречиво лечение (т.е. сливане на здрави яйца на две жени с спермата на един мъж, за да направят „бебе с три родители“). Същото важи и за науката за околната среда - до известна степен. „Като ужасна болест [при] хората, когато хората осъзнаят колко ужасяваща е ситуацията, изследователите започват да се опитват да предложат много повече“, казва Левин. Що се отнася до спестяването на околната среда обаче, има по-малко защитници, готови да прилагат рискови, новаторски техники.
Що се отнася до рифовете - решаващи морски региони, които притежават удивително количество разнообразие, както и предпазват сухопътните маси от бурни вълни, наводнения и ерозия - това колебание може да бъде фатално.
Избелването на коралите често се представя като смърт на корали, което е малко подвеждащо. Всъщност разпадането на симбиотичния съюз позволява на коралите да процъфтяват. Самото коралово животно е като строителен предприемач, който конструира скелета на висок жилищен комплекс. Програмистът отдава всяка от милиардите стаи на едноклетъчни фотосинтетични микроби, наречени Symbiodinium.
Но в този случай, в замяна на безопасно място за живеене, Symbiodinium прави храна за коралите, използвайки фотосинтеза. Отбеленият корал, за разлика от това, е като пуста сграда. Без наематели, които да си хранят, коралите в крайна сметка умират.
Въпреки че избелването може да бъде смъртоносно, това всъщност е умна еволюционна стратегия на коралите. Очаква се Symbiodinium да подкрепи края на сделката. Но когато водата стане твърде топла, те спират да фотосинтезират. Когато тази храна оскъди, коралите изпращат известие за изгонване. „Това е като да имаш лош наемател - ще се отървеш от това, което имаш, и ще видиш дали ще намериш по-добро“, казва Левин.
Но тъй като океаните продължават да се затоплят, все по-трудно е да се намерят добри наематели. Това означава, че изгонването може да бъде рисковано. В затоплящ се океан кораловото животно може да умре, преди да може да намери по-добри наематели - сценарий, който съкрати рифовите екосистеми около планетата.
Левин искаше да реши този проблем, като създаде пряка рецепта за изграждането на суперсимбионт, който би могъл да пренасели обезцветените корали и да им помогне да продължат чрез климатичните промени - по същество перфектните наематели. Но тя трябваше да започне от малка. По онова време „имаше толкова много дупки и пропуски, които ни попречиха да продължим напред“, казва тя. "Всичко, което исках да направя, беше да покажа, че можем да разработим генетично [ Symbiodinium ]."
Дори това би се оказало висока поръчка. Първото предизвикателство беше, че въпреки че е едноклетъчен организъм, Symbiodinium има нечуплив геном. Обикновено симбиотичните организми имат рационални геноми, тъй като разчитат на своите домакини за повечето от техните нужди. И докато другите видове имат геноми от около 2 милиона базови двойки, геномът на Symbiodinium е с 3 порядъка по-голям.
"Те са хумористични", казва Левин. Всъщност целият човешки геном е само малко по-малко от 3 пъти по-голям от този на Symbiodinium .
Дори след като напредъкът в секвенирането на ДНК направи възможно дешифрирането на тези геноми, учените все още нямаха представа за какво са предназначени 80 процента от гените. „Трябваше да се справим и да съставим заедно кой ген прави това в този организъм“, казва Левин. Член на група фитопланктон, наречен динофлагелати, Symbiodinium са невероятно разнообразни. Левин насочи вниманието си към два ключови щама Symbiodinium, които можеше да расте в лабораторията си.
Първият щам, подобно на повечето Symbiodinium, беше уязвим към високите температури, които причиняват избелване на корали. Повишете накрайника за нагряване на няколко изреза и това същество беше препечено. Но другият щам, който беше изолиран от редките корали, които живеят в най-топлите среди, изглеждаше непроницаем за топлината. Ако можеше да разбере как тези два щама притежават гените си по време на избелване, тогава може да открие генетичните ключове за създаване на нов супер щам.
Когато Левин увеличи топлината, тя видя, че издръжливият Symbiodinium ескалира производството на антиоксиданти и протеини от топлинен шок, които помагат да се възстановят клетъчните щети, причинени от топлината. Не е изненадващо, че нормалният Symbiodinium не го направи. Тогава Левин насочи вниманието си към измислянето на начин да вмъкне повече копия на тези решаващи топлинно толерантни гени в по-слабия Симбиодиний, като по този начин създаде щам, адаптиран да живее с корали от умерени региони, но с инструментите за оцеляване на затоплящите океани.
Получаването на нова ДНК в клетка на динофлагелат не е лесна задача. Макар и мънички, тези клетки са защитени от бронирани плочи, две клетъчни мембрани и клетъчна стена. "Можете да преминете, ако натиснете достатъчно силно", казва Левин. Но тогава отново може да убиете клетките. Така Левин поиска помощ от малко вероятно сътрудник: вирус. В крайна сметка вирусите „са се развили, за да могат да вложат гените си в генома на своя гостоприемник - така те оцеляват и се възпроизвеждат“, казва тя.
Левин изолира вирус, който зарази Symbiodinium, и молекулярно го промени, така че вече да не убива клетките. Вместо това тя е проектирала това като доброкачествена система за доставяне на тези топлинно понасящи гени. В своя статия Левин твърди, че полезният товар на вируса би могъл да използва CRISPR - пробивната техника за редактиране на гени, която разчита на естествен процес, използван от бактериите, за да отреже и постави тези допълнителни гени в регион на генома на Symbiodinium, където те биха били много изразена.
Звучи достатъчно ясно. Но да се забъркваш с жива екосистема никога не е просто, казва Дъстин Кемп, професор по биология в Университета на Алабама в Бирмингам, който изучава екологичните въздействия на изменението на климата върху кораловите рифове. „Аз съм много за тези решения да запазят и генетично да помогнат“, казва Кемп. Но „възстановяването на рифове, на които са били необходими хиляди години, ще бъде много обезсърчаваща задача.“
Имайки предвид поразителното многообразие на щамовете Symbiodinium, които живеят само в един коралов вид, дори ако е имало здрава система за генетична модификация, Kemp се пита дали някога би било възможно да се създаде достатъчно различен супер- Symbiodinium, който да възстанови това разнообразие. „Ако изчистите рязане на стара растежна гора и след това излезете и засадите няколко борови дървета, това наистина ли спестява или възстановява гората?“, Пита Кемп, който не е участвал в проучването.
Но Кемп се съгласява, че рифовете умират с тревожна скорост, прекалено бърза, за да продължи естествената еволюция на Symbiodinium . „Ако коралите бързо се развиваха, за да се справят с [затоплящите се води], бихте си помислили, че бихме го виждали досега“, казва той.
Томас Мок, морски микробиолог от Университета в Източна Англия в Обединеното кралство и пионер в генетично модифициращия фитопланктон, също изтъква, че биологията на динофлагелатите все още до голяма степен е закрепена в мистерия. "За мен това се забърква", казва той. „Но така започва обикновено. Провокативният аргумент винаги е добър - много е предизвикателен, но нека започнем някъде и да видим какво можем да постигнем. ”Наскоро CSIRO, научното отделение на австралийското правителство, обяви, че ще финансира лаборатории, които да продължат да изследват генетичните модификации в кораловите симбионти.
Що се отнася до човешкото здраве - например, защита на хората от опустошителни заболявания като малария или Зика - учените са готови да изпробват по-драстични техники, като освобождаване на комари, генетично програмирани да предават смъртоносни гени. Генетичните модификации, необходими за спасяването на коралите, твърди Левин, не биха били толкова крайни. Тя добавя, че са необходими много по-контролирани лабораторни тестове, преди генетично модифицираният Symbiodinium да може да бъде пуснат в околната среда, за да се презасели умиращите коралови рифове.
„Когато говорим за„ генетично проектиран “, ние не променяме значително тези видове“, казва тя. „Не правим изключително мутирали неща. Всичко, което се опитваме да направим, е да им дадем допълнително копие на ген, който те вече трябва да им помогнат ... ние не се опитваме да бъдем луди учени. "
