Применение экологической геномики для сохранения кораллов
Океаны — индикатор здоровья планеты, поглощающий более 90% солнечной энергии. Они демонстрируют, насколько повышение температуры угрожает коралловым рифам и другим жизненно важным экосистемам, поддерживающим биоразнообразие. В 2016 и 2017 годах резкий рост температуры поверхности Тихого океана вызвал массовое обесцвечивание беспрецедентного масштаба. Особенно сильно пострадал Большой Барьерный риф Австралии.
Обесцвечивание происходит, когда тепловой стресс нарушает симбиотические отношения между кораллами и микроводорослями, живущими внутри них. Водоросли обеспечивают кораллы питательными веществами и придают им цвет. Длительное обесцвечивание может привести к гибели коралла. За последние два десятилетия аномальные волны тепла вызвали побеление целых участков рифа у побережья Австралии протяженностью в несколько километров.
Ученые уже обнаружили, что некоторые рифы лучше справляются с повторяющимся тепловым стрессом, чем другие. В своей диссертации Оливер Селмони, докторант Лаборатории географических информационных систем (LASIG) EPFL, применил принципы экологической геномики, чтобы охарактеризовать эту способность к адаптации. Селмони сопоставил результаты генетического анализа образцов кораллов со спутниковыми данными о температуре океана, чтобы определить, что позволяет некоторым кораллам лучше выдерживать повышение температуры.
Построение исследования с нуля
Применив свой метод к уже существующим данным о виде кораллов в Японии, Селмони отправился в Новую Каледонию, чтобы построить новое исследование с нуля. Он собрал собственные образцы кораллов с помощью ученых из IRD в Нумеа. Результаты были опубликованы в Scientific Reports (Nature) 12 ноября.
«Новая Каледония является домом для второго по длине кораллового рифа в мире, протяженностью более 1000 км, — говорит Селмони. — Эта относительно компактная экосистема подвержена резким контрастам в условиях окружающей среды, что делает ее идеальным кандидатом для изучения климатической адаптации».
Целью исследования была проверка двух гипотез. Первая: популяции кораллов учатся адаптироваться к более теплым морям после длительного теплового стресса в течение многих лет. «Чем дольше сохраняются высокие температуры, тем выше вероятность развития и передачи из поколения в поколение устойчивых к климату признаков», — объясняет Селмони. Вторая гипотеза связана с связностью: кораллы размножаются, выпуская личинок в воду, которых затем уносят океанские течения. «Кораллы зависят от соседних популяций для выживания. Когда риф разрушается из-за стрессовых факторов окружающей среды или деятельности человека, для возобновления популяции необходимы личинки из других мест», — добавляет он.
Создание морских охраняемых районов
Первой задачей Селмони была оценка состава морской среды в Новой Каледонии с использованием спутниковых данных за 30 лет. Выбрав 20 участков с наибольшими температурными контрастами, он отправился в поле для сбора образцов. «Мы сосредоточились на трех ключевых видах тихоокеанских кораллов, подверженных обесцвечиванию и относительно легко находимых, — вспоминает он. — Это была огромная работа: 3000 км по дороге и еще 1000 км на лодке!»
Используя методы экологической геномики в LASIG, он обнаружил, что полевые наблюдения подтверждают его гипотезы о связности и адаптации. «Как и ожидалось, мы наблюдали корреляцию между вероятностью адаптации и длительным воздействием высокого теплового стресса. И наоборот, кораллы в местах, которые никогда не испытывали теплового стресса, не проявляли климатически-адаптивных признаков», — объясняет Селмони.
В перспективе карты, разработанные в исследовании, могут быть использованы для создания новых морских охраняемых районов (МОР) — зон, где ограничены рыболовство, туризм, промышленность и другая деятельность человека. Их можно разместить там, где, благодаря связности, термоустойчивые штаммы кораллов могут заселить рифы вокруг архипелага. Другой вариант — отбирать и выращивать климатически-адаптивные кораллы, а затем пересаживать их на близлежащие рифы, менее способные выдерживать повышение температуры, тем самым ускоряя процесс естественного отбора. «Со временем эти более выносливые штаммы могут помочь восстановить поврежденные рифы или сделать существующие популяции кораллов более устойчивыми к обесцвечиванию», — добавляет Селмони.