Могут ли кораллы генетически адаптироваться к изменению климата?

В 1998 году температура океана резко возросла, что привело к первому в мире масштабному обесцвечиванию кораллов. От Большого Барьерного рифа до Индонезии и Центральной Америки кораллы побелели. Многие погибли. Это было лишь предвестием будущего. В последующие два десятилетия обесцвечивание становилось всё более частым и сильным, и прогнозы указывают на продолжение этой тенденции. Но не все кораллы страдают одинаково.

«Кораллы рода Acropora особенно уязвимы к обесцвечиванию, и ожидается, что их численность в будущем сократится», — заявил профессор Нориюки Сато из Подразделения морской геномики Окинавского института науки и технологий (OIST). Это серьёзная проблема, так как Acropora играют ключевую роль: они растут быстрее других кораллов, способствуя росту рифов, формированию островов и защите побережий, а также служат средой обитания для более миллиона видов морских организмов.

Чтобы выяснить, обладают ли кораллы Acropora генетическими механизмами для выживания в более тёплом океане, исследователи из OIST, Токийского университета и Национального научно-исследовательского института рыбного хозяйства Сэйкай секвенировали и проанализировали геномы 15 видов кораллов Acropora, а также трёх видов кораллов из других родов.

Анализ геномов, опубликованный в журнале Molecular Biology and Evolution, позволил реконструировать эволюционную историю Acropora с неожиданными результатами.

«Мы обнаружили, что предок Acropora отделился от других кораллов около 120 миллионов лет назад, — пояснил профессор Сато. — А диверсификация Acropora, когда появилось множество различных видов, произошла 25–60 миллионов лет назад. Оба события случились значительно раньше, чем считалось ранее».

Это важное открытие, поскольку оно означает, что Acropora диверсифицировались, когда мировой океан был намного теплее, чем сегодня. Затем они пережили ледниковый период, что указывает на возможное наличие у них генетического потенциала для адаптации к значительным температурным изменениям.

Ведущий автор исследования, доктор Чуя Синдзато (бывший научный сотрудник OIST, ныне доцент Токийского университета), проанализировав геномы, разделил 15 видов на четыре группы. Сравнение показало, какие гены сохранились, а какие были утрачены.

Выяснилось, что до диверсификации этого рода кораллов произошли мутации, в результате которых у них появилось 28 дополнительных семейств генов. Эти гены, вероятно, способствовали диверсификации, успешному распространению по всему миру и способности переносить широкий диапазон температур.

«За тот период появились три особенно важных гена, которые могут позволить этим кораллам выдерживать условия высокого стресса, — сказал профессор Сато. — Два из них были идентифицированы ранее и связаны с реакцией на стресс окружающей среды, обычно на тепло».

Но обнаружение третьего гена, кодирующего DMSP-лиазу, особенно значимо, поскольку это первый случай, когда анализ генома выявил его наличие у Acropora. Этот ген позволяет кораллам производить в воде соединение диметилсульфид, которое, попадая в воздух, способствует образованию облаков. Это предполагает, что при слишком высоких температурах кораллы Acropora могут создавать своеобразные «облачные зонтики», обеспечивающие тень и фильтрующие свет.

Хотя это исследование пролило свет на эволюционную историю важного рода кораллов, профессор Сато подчеркнул, что пока сложно сказать, смогут ли они пережить прогнозируемое потепление океана и эпизоды обесцвечивания.

«Да, Acropora выдерживали огромные перепады температур в прошлом, и да, у них есть гены, которые могут позволить им в некоторой степени смягчать экстремальную жару. Но скорость текущих климатических изменений всё ещё может превысить их способность адаптироваться. С другой стороны, этот обширный массив данных о геномах кораллов создаёт основу для будущих исследований биологии кораллов».