Как рифообразующие кораллы обрели свой скелет

Коралловые рифы обеспечивают убежище, пропитание и стабильность множеству организмов, но этих жизненно важных экосистем не существовало бы без скелетной структуры, создаваемой мадрепоровыми кораллами. Учёные из KAUST вместе с международной командой раскрыли генетическую историю того, как кораллы эволюционировали из мягкотелых организмов, чтобы строить бесчисленные кальцинированные структуры, которые мы видим сегодня.

"Хотя процессы, участвующие в кальцификации кораллов, хорошо изучены, менее ясно, как на самом деле эволюционировала их способность наращивать скелеты из карбоната кальция", — говорит Синь Ван, бывший аспирант KAUST, работавший над проектом под руководством Мануэля Аранды.

"Как похожее на актинию мягкое существо начало строить рифы? Были ли 'инструменты' уже заложены в его генетическом коде?" — задаётся вопросом Аранда.

Существуют споры о том, когда впервые начали появляться кальцинированные кораллы; самые ранние найденные окаменелости имеют возраст около 265 миллионов лет, но их эволюция началась гораздо раньше.

"Мы провели геномный поиск консервативных генов, которые могут быть вовлечены в кальцификацию. Наши данные свидетельствуют о том, что кораллы эволюционировали для кальцификации где-то между 308 и 265 миллионами лет назад", — говорит Ван.

Команда сравнила геномы шести различных родственных видов — двух эволюционно дивергентных рифообразующих кораллов, двух их ближайших некальцифицирующих родственников и двух морских анемонов. Сложный анализ занял два года с использованием суперкомпьютера KAUST.

"Мы обнаружили, что необходимые для создания коралловых скелетов белки уже присутствовали у мягкотелого предка и что различные существующие белки были рекрутированы для усиления процесса кальцификации. По сути, мы считаем, что нашли генетический инструментарий для создания кораллового скелета", — говорит Ван.

Для кальцификации кораллы должны притягивать положительно заряженные ионы кальция из морской воды. Чтобы сделать этот процесс максимально эффективным, коралловые белки, помогающие осаждению кальция, должны быть отрицательно заряжены, а pH-баланс кальцифицирующей жидкости должен быть идеальным.

Команда определила гены, ответственные за транспорт кальция и удаление протонов у мягкотелых организмов, и показала, что две из трёх найденных у кораллов копий генов были рекрутированы в кальцифицирующую ткань. Исследователи также идентифицировали ген, кодирующий богатый кислотой белок, который был дважды дублирован у кораллов, а затем рекрутирован для осаждения и стабилизации карбоната кальция на начальной стадии построения скелета. Они также выделили трансмембранные белки, участвующие в адгезии костного матрикса.

"Это отличный пример того, как латентные признаки могут эволюционировать, чтобы стать доминирующими при определённых экологических давлениях. Далее мы надеемся проверить, какой из этих компонентов критически важен для кальцификации, и исследовать, как на коралловые рифы может повлиять меняющийся pH будущих океанов", — говорит Аранда.