Koraljni greben treba tisuće godina za izgradnju, ali može nestati u trenu.
Povezani sadržaj
- Dubokovodni koralji blistaju za život
- Najnoviji događaj izbjeljivanja može biti gotov, ali grebeni su i dalje u opasnosti
Krivac je obično izbjeljivanje koralja, bolest pogoršana zagrijavanjem voda koje danas prijete grebenima širom svijeta. Najgori zabilježeni događaj izbjeljivanja pogodio je Južni Pacifik između 2014. i 2016., kada su povišene temperature oceana praćene iznenadnim prilivom tople vode El Niño traumatizirale Veliki branski greben. U samo jednoj sezoni izbjeljivanje je desetkovalo gotovo četvrtinu golemog ekosustava, koji se nekada prostirao na gotovo 150 000 četvornih kilometara kroz Koraljno more.
"Koliko god grozno bilo, taj je događaj izbjeljivanja bio budni poziv", kaže Rachel Levin, molekularna biologinja koja je nedavno predložila hrabru tehniku za spas tih ključnih ekosustava. Njezina je ideja objavljena u časopisu Frontiers in Microbiology jednostavna: Umjesto da pronađe zdrave simbionte za ponovnu populaciju izbijeljenog koralja u prirodi, umjesto toga ih ugradi u laboratorij. S obzirom da bi to zahtijevalo znatnije ugrožavanje prirode, prijedlog će vjerojatno uzburkati kontroverzne vode.
Ali Levin tvrdi da bi, s vremenom istjecanja grebena, širom svijeta potencijalna vrijednost mogla biti i vrijedna rizika.
Levin je studirao farmakologiju raka kao preddiplomski studij, ali bio je fasciniran prijetnjama suočenim s vodenim životom dok je boravio na tečajevima o moru. Nju je pogodilo činjenica da je, za razliku od istraživanja ljudskih bolesti, bilo sve manje istraživača koji se bore za vraćanje zdravlja oceana. Nakon što je diplomirala, preselila se iz Kalifornije u Sydney u Australiji i nastavila doktorat. na Centru za morske bio-inovacije na Sveučilištu u Novom Južnom Walesu, s nadom da će primijeniti svoju stručnost u istraživanju ljudskih bolesti na koralje.
U medicini se istraživačima često događa prijetnja ozbiljnom bolešću da pokušaju novi i kontroverzni tretman (tj. Spajanjem zdravih jajašca dvije žene s spermom jednog muškarca kako bi se napravilo „dijete s tri roditelja“). Isto je i u znanosti o okolišu - u određenoj mjeri. "Poput grozne bolesti [kod] ljudi, kada ljudi shvate koliko je situacija postala strašna, istraživači počinju pokušavati predložiti mnogo više", kaže Levin. Kada je u pitanju očuvanje okoliša, međutim, sve je manje zagovornika koji su spremni primijeniti rizične, revolucionarne tehnike.
Kad je riječ o grebenima - ključnim morskim regijama koje sadrže zadivljujuću količinu raznolikosti i štite kopnene mase od olujnih udara, poplava i erozije - to oklijevanje moglo bi biti kobno.
Izbjeljivanje koralja često se prikazuje kao smrt korala, što je pomalo zabluda. Zapravo, razbijanje simbiotske unije omogućuje koralj da napreduje. Sama koraljna životinja nalik je građevinskom graditelju koji gradi skele visokog apartmanskog kompleksa. Programer iznajmljuje svaku od milijardi soba jednoćelijskim, fotosintetskim mikrobama zvanim Symbiodinium.
Ali u ovom slučaju, u zamjenu za sigurno mjesto za život, Symbiodinium stvara hranu za koralje koristeći fotosintezu. Izbijeljeni koralj je, nasuprot tome, napuštena građevina. Bez stanara koji bi mogli jesti, koralj na kraju umre.
Iako izbjeljivanje može biti smrtonosno, zapravo je pametna evolucijska strategija koralja. Očekuje se da će Symbiodinium poduprijeti njihov kraj ponude. Ali kad voda postane previše topla, prestaju fotosintetizirati. Kad ta hrana postane oskudna, koralj šalje obavijest o deložaciji. "To je kao kad imate lošeg stanara - riješit ćete se onoga što imate i vidjeti možete li pronaći bolje", kaže Levin.
No kako se oceani i dalje zagrijavaju, sve je teže i teže pronaći dobre stanare. To znači da deložacije mogu biti rizične. U oceanu koji se zagrijava, koraljna životinja mogla bi umrijeti prije nego što pronađe bilo kakve bolje iznajmljivače - scenarij koji je smanjio grebene ekosustave oko planete.
Levin je želio riješiti taj problem stvorivši jasan recept za izgradnju super simbionta koji bi mogao ponovno naseljavati izbjeljene koralje i pomoći im da istraju u klimatskim promjenama - u biti, savršenim stanarima. Ali morala je početi od malih nogu. U to vrijeme "bilo je toliko rupa i praznina koje su nas spriječile da idemo naprijed", kaže ona. "Sve što sam želio učiniti je pokazati da možemo genetički inženjer [ Symbiodinium ]."
Čak se i to pokazalo visokim redom. Prvi je izazov bio to što Symbiodinium, iako je jednostanični organizam, ima neuredan genom. Obično su simbiotski organizmi pojednostavljeni genima, budući da se za većinu svojih potreba oslanjaju na svoje domaćine. Međutim, dok druge vrste imaju genome od oko 2 milijuna baznih parova, Symbiodinium genom je za 3 reda veće.
"Oni su humonni", kaže Levin. U stvari, čitav ljudski genom je tek nešto manje od 3 puta veći od Symbiodiniuma .
Čak i nakon što je napredak u sekvenciranju DNK omogućio dešifriranje ovih genoma, znanstvenici još uvijek nisu imali pojma za što se odnosi 80 posto gena. "Morali smo povezati i sastaviti koji gen je radio na ovom organizmu", kaže Levin. Član skupine fitoplanktona zvanih dinoflagelati, Symbiodinium nevjerojatno su raznoliki. Levin je skrenuo pozornost na dva ključna soja Symbiodinium koja bi mogla rasti u svom laboratoriju.
Prvi soj, poput većine Symbiodiniuma, bio je osjetljiv na visoke temperature koje uzrokuju izbjeljivanje koralja. Pojačajte dizalicu topline za nekoliko ureza, a ovaj je faktor bio zdravica. Ali drugi soj, izoliran od rijetkih korala koji žive u najtoplijim okruženjima, čini se da nije bio nepropustan za toplinu. Ako bi mogla shvatiti kako ova dva soja upravljaju svojim genima tijekom uvjeta izbjeljivanja, mogla bi pronaći genetske ključeve za konstruiranje novog super soja.
Kad je Levin pojačao toplinu, vidjela je da je otporni Symbiodinium ubrzao proizvodnju antioksidanata i proteina toplinskog udara, koji pomažu u popravljanju staničnih oštećenja uzrokovanih vrućinom. Ne iznenađuje, da normalni Symbiodinium nije uspio. Levin je potom skrenuo pozornost na pronalaženje načina da se u slabiji Symbiodinium umetne više kopija tih krucijalnih gena koji toleriraju toplinu, stvarajući tako soj prilagođen za život s koraljima iz umjerenih regija, ali s alatima za preživljavanje zagrijavanja oceana.
Dobijanje nove DNA u stanicu dinoflagelata nije lak zadatak. Dok su malene, ove ćelije zaštićene su oklopnim pločama, dvije stanične membrane i staničnom stijenkom. "Možete se probiti ako dovoljno gurate", kaže Levin. Ali opet, možda biste na kraju ubili stanice. Tako je Levin zatražio pomoć od malo vjerovatnog suradnika: virusa. Napokon, virusi su "evoluirali kako bi mogli svoje gene staviti u genom svog domaćina - tako preživljavaju i razmnožavaju se", kaže ona.
Levin je izolirao virus koji je zarazio Symbiodinium i molekularno ga promijenio tako da više nije ubijao stanice. Umjesto toga, ona je to smislila kao benigni sustav isporuke za gene koji toleriraju toplinu. U svom radu Levin tvrdi da bi korisni teret virusa mogao upotrebljavati CRISPR, probojnu tehniku uređivanja gena koja se oslanja na prirodni proces koji koriste bakterije, za rezanje i lijepljenje tih dodatnih gena u područje gena Symbiodiniuma gdje bi oni bili visoko izrazio.
Zvuči dovoljno izravno. No, druženje sa živim ekosustavom nikada nije jednostavno, kaže Dustin Kemp, profesor biologije na Sveučilištu Alabama u Birminghamu koji proučava ekološke učinke klimatskih promjena na koralnim grebenima. "Veoma sam zaklonjen tim rješenjima za očuvanje i genetsku pomoć", kaže Kemp. Ali "obnova grebena, koji su formirani tisućama godina, postat će vrlo zastrašujući zadatak."
S obzirom na nevjerojatnu raznolikost sojeva Symbiodinium koji žive unutar samo jedne vrste koralja, čak i ako je postojao snažan sustav za genetsku modifikaciju, Kemp se pita hoće li ikada biti moguće izraditi dovoljno različitog super- Symbiodinija kako bi obnovio tu raznolikost. "Ako očistite sječu stare šume, a zatim izađete i posadite nekoliko borova, je li to zaista spas ili obnova šume?", Pita Kemp, koji nije bio uključen u studiju.
No Kemp se slaže da grebeni umiru alarmantnom brzinom, prebrzo da bi se prirodni razvoj Symbiodiniuma mogao nastaviti. "Kad bi se koralji naglo razvijali da bi podnijeli [tople vode], pomislili biste da smo to već vidjeli", kaže on.
Thomas Mock, morski mikrobiolog sa Sveučilišta u Istočnoj Angliji u Velikoj Britaniji i pionir u genetskom modificiranju fitoplanktona, također ističe da je biologija dinoflagelata još uvijek u velikoj mjeri zakrčena misterijom. "Za mene je to zabrljalo", kaže on. "Ali to obično počinje. Provokativni argument uvijek je dobar - vrlo je izazovan, ali krenimo negdje i vidimo što možemo postići. "Nedavno je CSIRO, odjel za znanost australske vlade, najavio da će financirati laboratorije za nastavak istraživanja genetskih modifikacija koralnih simbionata.
Kad je riječ o ljudskom zdravlju - primjerice, zaštiti ljudi od razornih bolesti poput malarije ili Zika - znanstvenici su bili spremni iskušati drastičnije tehnike, poput oslobađanja komaraca genetski programiranih za prijenos smrtonosnih gena. Genetska izmjena potrebna za spas korala, tvrdi Levin, ne bi bila ni približno tako ekstremna. Dodaje da je potrebno mnogo više kontroliranog laboratorijskog testiranja prije nego što se genetski modificirani simbiodinij može pustiti u okoliš radi ponovnog naseljavanja grebena koralja koji umiru.
"Kada govorimo o" genetski izvedenom ", te vrste ne mijenjamo značajno", kaže ona. "Ne radimo silno mutirajuće stvari. Sve što pokušavamo učiniti je dati im dodatnu kopiju gena koji već moraju da im pomognu ... ne pokušavamo biti ludi znanstvenici. "
