Обнаружена причина болезни морских звёзд, что проливает свет на гибель и восстановление водорослевых лесов

В журнале Nature Ecology & Evolution группа исследователей раскрыла причину синдрома истощения морских звёзд (SSWD). Это открытие сделано спустя более десяти лет после начала морской эпидемии, которая убила миллиарды морских звёзд — более 20 различных видов от Аляски до Мексики. SSWD считается самой крупной морской эпидемией, когда-либо задокументированной в дикой природе.

Сложное четырёхлетнее исследование в итоге выявило микробного виновника SSWD: штамм бактерии Vibrio pectenicida.

Vibrio — это род бактерий, который опустошал кораллы, моллюсков, а также людей; Vibrio cholerae — возбудитель холеры. Ранее было показано, что штамм V. pectenicida способен уничтожать личинок нескольких видов гребешков с «быстрым и драматичным» течением инфекции.

В случае морских звёзд заражение штаммом V. pectenicida FHCF-3 запускает тяжёлую болезнь, которая начинается с внешних поражений и в итоге убивает морских звёзд путём «растворения» их тканей — процесс занимает около двух недель после заражения. Поражённые особи часто искривляются и теряют лучи.

Исследование возглавляли учёные из Института Хакай, Университета Британской Колумбии (UBC) и Вашингтонского университета в сотрудничестве с The Nature Conservancy, Фондом Тула, Западным исследовательским центром рыболовства Геологической службы США и Департаментом рыб и дикой природы штата Вашингтон.

Более 90% солнечных морских звёзд (Pycnopodia helianthoides) — способных отращивать 24 луча и вырастать до размера велосипедного колеса — были уничтожены болезнью за последнее десятилетие, что привело к их включению в Красный список Международного союза охраны природы как вида, находящегося на грани исчезновения.

Потеря солнечных морских звёзд, которые поддерживают водорослевые леса, поедая питающихся водорослями морских ежей, оказала широкомасштабное и долгосрочное воздействие на прибрежные экосистемы.

«Когда мы теряем миллиарды морских звёзд, это действительно меняет экологическую динамику», — говорит Мелани Прентис, первый автор исследования и эволюционный эколог Института Хакай и UBC.

«В отсутствие солнечных звёзд популяции морских ежей увеличиваются, что означает потерю водорослевых лесов, и это имеет широкие последствия для всех других морских видов и людей, которые от них зависят. Таким образом, потеря морской звезды выходит далеко за рамки потери одного вида».

Водорослевые леса обеспечивают среду обитания для тысяч морских существ и вносят миллионы долларов в местную экономику через рыболовство, отдых и туризм. Они также имеют культурное значение для прибрежных общин коренных народов; они поглощают и накапливают углекислый газ, вызывающий потепление планеты, и защищают побережья от штормов.

«Понимание того, что привело к потере солнечной морской звезды, является ключевым шагом на пути к восстановлению этого вида и всех преимуществ, которые предоставляют экосистемы водорослевых лесов», — говорит Джоно Уилсон, директор по океанологии калифорнийского отделения The Nature Conservancy.

Выявление болезни у поражённых морских звёзд было невозможно без известного патогена, так как морские звёзды могут реагировать на другие стрессоры и болезни схожими визуальными признаками — искривлением и потерей лучей. Долгожданный результат, показывающий V. pectenicida в качестве возбудителя, получен после четырёхлетнего исследовательского процесса.

Учёные исследовали множество возможных патогенов, включая вирусы, сначала изучая ткани морских звёзд, а затем сосредоточившись на высоком уровне V. pectenicida в «крови» морских звёзд, или целомической жидкости.

«Когда мы посмотрели на целомическую жидкость у заражённых и здоровых морских звёзд, там, по сути, было одно отличие: Vibrio», — говорит Алисса Гейман, старший автор исследования и эколог морских болезней Института Хакай и UBC. — «У нас у всех пробежали мурашки. Мы подумали: "Вот оно. Мы нашли. Это то, что вызывает истощение"».

Эми М. Чан, морской микробиолог из Лаборатории водной вирусологии и микробиологии UBC, затем создала чистые культуры V. pectenicida из целомической жидкости больных морских звёзд. Исследователи ввели культивированный патоген здоровым морским звёздам, и последовавшая быстрая смертность стала окончательным доказательством того, что штамм V. pectenicida FHCF-3 вызывает SSWD.

Исследование проводилось в Лаборатории водной вирусологии и микробиологии UBC и на Морской полевой станции Марроустоун в штате Вашингтон, которой управляет Западный исследовательский центр рыболовства Геологической службы США.

Теперь, когда учёные идентифицировали патоген, вызывающий SSWD, они могут исследовать факторы, влияющие на развитие болезни и устойчивость к ней. Одно из направлений — связь между SSWD и повышением температуры океана, поскольку известно, что эта болезнь и другие виды Vibrio процветают в тёплой воде, отмечает Гейман.

«Эти закономерности для Vibrio в целом предполагают, что нам действительно стоит изучить эту связь, чтобы понять, насколько важна температурная зависимость».

Исследователи и партнёры проекта надеются, что это открытие поможет направлять усилия по управлению и восстановлению популяций морских звёзд и экосистем, пострадавших от их сокращения.

«Это открытие открывает захватывающие возможности для исследований и расширяет сеть учёных, способных разрабатывать решения для восстановления вида», — говорит Уилсон.

«Мы сейчас активно проводим исследования, изучающие генетические ассоциации с устойчивостью к болезням, разведение животных в неволе и экспериментальное заселение, чтобы понять наиболее эффективные стратегии и места для реинтродукции солнечных морских звёзд в дикую природу».