Кораловите рифове, буйните местообитания, които са дом на може би една четвърт от видовете на океана, умират с тревожна скорост. Организацията на обединените нации предвижда, че ако температурите на океана се повишат според прогнозите, никой от 29-те рифа, изброени като обекти на световното наследство на ЮНЕСКО, все още няма да функционира функционални екосистеми до 2100 г. Такива мрачни възможности са подтикнали учените да се подготвят за най-лошото, като мислят извън кутията,
Използвайки разтвор против замръзване, натоварен със златни частици и лазери за бързо размразяване, екип, базиран на Хавай, криогенно замрази и успешно размрази коралните ларви за първи път. Пробивът може да даде възможност за биобанкирането на коралови видове да запази изчезващото многообразие на рифовете по света. Криогениката също може да подпомогне усилията за възстановяване чрез поддържане на замръзнал запас от коралови ларви, готов да пресели мъртви или умиращи рифове.
"Можем да замразим ларвите, можем да ги върнем и те са живи", казва Мери Хегердн, коралов биолог от Smithsonian Conservation Biology Institute (SCBI). Следващите стъпки, отбелязва тя, гарантират, че коралите могат да функционират стабилно на рифа и да увеличат мащаба на процеса, за да работят върху огромно количество корали.
Конфокални изображения на ларви от Ден 3, показващи флуоресценция от GFP (вляво) и разпределение на покрити с DyLight частици злато нанород, обграждащи ларвата в криопротектор (вдясно). (Смитсоновски биологичен институт за опазване) Наскоро публикувани в Hagedorn изследвания в научни доклади, в които подробно се описва как ларвите на гъбния корал ( Fungia scutaria ) успешно се замразяват и съживяват, за да се развиват нормално и да плуват до 12 часа. Учените щяха да бъдат развълнувани, ако свещените коралови рифове в света биха могли да се насладят на толкова успешен втори акт.
Рифовете и потресаващото биоразнообразие, което те приютяват, са под обсада от бързо променящ се климат. Широко разпространените последици дори за хората, които са безплодни, включват намалени доставки на храна и разрушителна ерозия на населените брегове. И смъртта от големи рифове не е просто въпрос на прогноза, те вече са реалност. Мащабно събитие за избелване на корали през 2014-17 г. подчерта 75 процента от световните рифове и уби около 30 процента корали на прочутия Голям бариерен риф. Подобни епизоди стават толкова чести, че скорошната Национална оценка на климата предполага, че избелването на коралите ще бъде ежегодно събитие на Хавайските острови и Американско Самоа до 2040 г.
Коралите могат да се адаптират към променящата се среда, но на места темпът е просто прекалено бърз. Възможността за обледеняване и реанимиране може да помогне за закупуване на известно време.
Оцветяване с фелоидин: Целият фалоидин флуоресцентни микроскопични изображения на развиващите се ларви на F. scutaria, оцветени с актин. (Смитсоновски биологичен институт за опазване) Замразяването на коралите се оказа относително лесно, казва Хагедорн. Ларвите просто са потопени в течен азот, след като са били третирани с тип криопротектант „антифриз“, специално създаден, за да им помогне да замръзнат равномерно, без да се образуват ледени кристали.
„Ледените кристали наистина са нашето немедие“, казва тя. „Възможно е да има някакви мънички ядра, които се образуват по време на процеса на замразяване, и можете да мислите за такива като снежинки. Но не искате тези снежинки да прераснат в по-големи ледени копия, които разрушават клетките. ”Противопоказано проблемът с ледените кристали всъщност е най-лошият по време на затопляне на замразени екземпляри.
„Представете си вода, бавно замръзваща и тази точка, в която няколко кристала изведнъж сравнително бързо прерастват в ледени частици, докато замръзва“, обяснява Джонатан Дали, водещ автор на хартията и докторантура в SCBI и Хавайския институт по море Биология. „Това се случва в определен температурен диапазон и вие преминавате през този диапазон, когато се охлаждате, но и когато се затопляте.“
Повечето клетъчна смърт настъпва по време на процеса на затопляне, но учените могат да предотвратят образуването на ледени кристали, като размразяват бързо коралните ларви. За да постигне бързина, екипът използва техника, която Хагедорн нахвърля върху ембриони Зебрафиш с едно-два удара от твърди златни частици и лазерна светлина.
Холивудските лазери може да са достатъчно горещи, за да изпарят извънземно, но лабораторните версии все още не могат да предават топлина бързо и равномерно, за да размразят миниатюрен ембрион без помощ. Така учените въведоха частици нанодол, разпределени в разтвора на антифриз, който поглъщаше светлина от лазера и го превръщаше в топлина, която извежда корала успешно от дълбокото му замръзване. "Размразява се в рамките на секунда", казва Дали.
Джонатан Дали криоконсервира коралови ларви. (Фондация Gary Cranitch / Great Barrier Reef) Замразяването на жизнеспособните корали има потенциал да поддържа биологичното разнообразие в бъдеще чрез запазване на цялата гама от генетични корали. „Нямаме представа как може да можем да използваме този материал след 100 години, но това, което все още имаме много разнообразие по рифовете и го губим много бързо, е наистина важно“, казва Хагедорн. Четиринадесет вида коралови сперматозоиди и ембриони, събрани на Големия бариерен риф, вече са замразени в австралийския зоопарк Таронга Западните равнини, а десет други - в Националната програма за зародиши на животни за животни на USDA във форт Колинс, Колорадо.
Тези съхранени сперматозоиди ще изискват сдвояване с живи яйца, но Мадлен ван Опен, от Австралийския институт за морски науки и Университета в Мелбърн, казва, че това постижение променя играта, като демонстрира способността да се замразява цялостен организъм, който, да се надяваме, може да се размрази. да живеят и да растат.
„Много е важно да запазим сегашното генетично разнообразие, за да можем в бъдеще да го използваме много като банка за семена, която е разработена за културни видове“, продължава ван Опен. „Хората могат да се върнат назад и да направят запас от култури, които може да са по-добре устойчиви на суша или топлина, защото имат онзи банк на генетично разнообразие, който им позволява да правят това. Така че, ако можем да направим нещо подобно на Global Seed Vault за корали, това ще бъде изключително мощно в бъдеще. "
За съжаление, това бъдеще все още не е тук. Гъбата корал беше замразена, защото ларвите му бяха малки и лесни за работа. Сега екипът е изправен пред задачата да изтръгне всичко - от състава на антифриз до лазерните настройки, така че по-големите корали за изграждане на риф да могат да бъдат запазени по подобен начин. „Смятаме, че това ще бъде мащабируемо“, казва Хагедорн.
Корал за гъби за възрастни (F. scutaria). (Смитсоновски биологичен институт за опазване) Друго предизвикателство е значително разширяването на размера на операцията, така че тя може да се използва за възстановяване на рифа.
„Трябва да преминем от замразяване на стотици от тези неща до стотици хиляди, за да можем дори да добием някакъв корал, за да живеем на рифа“, казва Хагедорн. Ако такъв брой ларви може да се запази криогенно, това повишава възможността за презареждане на бавните скорости на възпроизвеждане на коралите. Нерестирането на коралите се появява само когато условията са перфектни, веднъж годишно и само за няколко дни.
„Ако можем да съберем запас от замразени ларви, който бихме могли да извадим от фризера всеки път, когато трябва да възстановим рифа, това може да стане по всяко време на годината, така че да не се ограничавате до събитие за хвърляне на хайвер. Това, разбира се, би било абсолютно приказно ”, казва ван Опен. „Това би било особено вярно, ако можете да го комбинирате с някои от текущата работа, за да се опитате да разработите коралови запаси, които са по-устойчиви на топлина.“
Повторното въвеждане на веднъж замразени корали може да не се окаже много успешно на места, където условията, които доведоха до отмиране на рифовете, все още продължават да съществуват. Но ако кораловата среда се подобри или ако хората могат да създадат корали, които са по-издръжливи на бъдещите условия, има голям шанс да имаме популация от криогенни корали, които се размразяват и готови да се възползват.
