Сборщики света

Кораллы принимают множество форм — диски в форме листьев кувшинки, хаотичные ветви, напоминающие оленьи рога, и приземистые сферы. Это разнообразие определяется солнечным светом.

«Свет — важнейший фактор, модулирующий рост кораллов, — говорит профессор биологии Роберто Иглесиас-Прието. — Со временем кораллы эволюционировали в различные формы, которые помогают им максимизировать количество получаемого света».

Свет необходим для выживания кораллов, поскольку является их основным источником энергии. «Кораллы существуют в очень бедных питательными веществами средах, — объясняет профессор биологии Тодд ЛаЖюнесс. — Они решают эту проблему, поддерживая симбиотические отношения с фотосинтезирующими водорослями».

Эти симбионты, известные как зооксантеллы, живут внутри клеток кораллов и снабжают животных энергией, преобразованной из солнечного света.

«Вместе кораллы и зооксантеллы — самые эффективные сборщики света в мире, намного лучше растений, — говорит Иглесиас-Прието. — Они могут поглощать такое же количество света, как и зелёное растение, но с затратами хлорофилла на порядок меньше, а хлорофилл — самая дорогая вещь для первичного продуцента».

Раскрытые идентичности

Этот светособирающий симбиоз важен, поскольку лежит в основе одного из самых разнообразных экосистем мира, обеспечивая среду обитания для миллионов видов рифовых организмов. Кроме того, коралловые рифы предоставляют экологические и экономические услуги сотням миллионов людей. Например, они обеспечивают многомиллиардную туристическую индустрию: только рифы у Флорида-Кис оцениваются почти в $8 млрд. Они также защищают береговые линии от волнового воздействия. Кроме того, фармацевтические препараты разрабатываются на основе животных и растений, обитающих на коралловых рифах.

Учитывая, что коралловые рифы обеспечивают более $400 млрд товаров и услуг и поддерживают огромное биоразнообразие, тревожно, что многие рифовые экосистемы по всему миру разрушаются из-за перелова, загрязнения и изменения климата.

Чтобы замедлить или предотвратить такие потери, учёные должны понимать биологию организмов, создающих эти экосистемы. По словам ЛаЖюнесса, это означает, прежде всего, знание того, с какими видами водорослей и кораллов вы имеете дело. К сожалению, до недавнего времени исследователи не могли различать виды водорослей.

«Ещё в 1970-х годах учёные думали, что существует только один вид симбионта, сосуществующий со всеми кораллами мира, — говорит он. — Со временем в их представлении это число выросло до нескольких видов. Моя недавняя работа предполагает, что, возможно, существуют тысячи видов зооксантелл с большими различиями в их способности выдерживать температурный стресс, а также условия высокой и низкой освещённости».

За последнее десятилетие ЛаЖюнесс использовал генетические инструменты для формального описания видов. «Я хотел заложить прочный фундамент для этой области исследований, и это начинается с хорошей систематики и таксономии».

Знание того, какие виды зооксантелл сосуществуют с какими видами кораллов, позволяет учёным лучше изучать экологию, физиологию и эволюцию этих организмов.

Рассеивание света

Такие знания на уровне видов помогают Иглесиас-Прието изучать различия между видами симбиотических водорослей в их способности улавливать солнечный свет. Например, в одном проекте он и его студенты используют флуорометр для мониторинга количества света, поглощаемого разными видами, не только с верхней части животного, но и с боков и снизу, благодаря процессу «обратного рассеяния».

«Кораллы содержат симбионтов во всех своих тканях, а не только на верхних поверхностях, — говорит Иглесиас-Прието. — Форма кораллового скелета способствует улавливанию солнечного света, когда он отражается от морского дна или других объектов и попадает на эти менее доступные поверхности».

Обычно этот процесс полезен для кораллов, но иногда он может способствовать получению организмом слишком большого количества света.

«Когда первичные продуценты подвергаются чрезмерному освещению, они стремятся уменьшить свою пигментацию, — говорит Иглесиас-Прието. — Представьте комнатное растение, поставленное на солнечное окно; его листья светлее, чем у того же растения в более тёмном месте. Однако у кораллов уменьшение пигментации на стороне, обращённой к солнечному свету, иногда недостаточно для защиты от избытка света из-за увеличения обратного рассеяния от скелета животного».

Это, по его словам, может привести к обесцвечиванию кораллов — явлению, при котором, будучи подвергнутыми стрессу из-за света, температуры или болезни, водоросли изгоняются, и животное погибает от голода.

«Понимание того, как кораллы и их симбиотические водоросли совместно эволюционировали со временем, чтобы максимизировать поглощение света, важно для определения того, как эти важные организмы будут реагировать на изменения в своей среде, особенно те, которые происходят в результате деятельности человека», — говорит Иглесиас-Прието.