Как кораллы распознают своих симбиотических водорослей

Новое исследование команды биологов из Института Карнеги раскрывает давнюю загадку морской науки, что может помочь в сохранении кораллов. Учёные определили тип клеток, который позволяет мягкому кораллу распознавать и поглощать фотосинтезирующие водоросли, а также гены, ответственные за этот процесс. Их прорывная работа опубликована в Nature.

Кораллы образуют рифы благодаря взаимовыгодным отношениям с одноклеточными водорослями динофлагеллятами, которые живут внутри их клеток.

"Исследователи годами пытались определить механизм, с помощью которого коралловый хозяин распознаёт совместимый вид водорослей, поглощает и поддерживает их в симбиотических отношениях", — пояснила директор отдела эмбриологии Карнеги Исянь Чжэн.

Эти динофлагелляты фотосинтезируют и делятся произведёнными сахарами с кораллом, который, в свою очередь, снабжает водоросли неорганическим углеродом, фосфором, нитратами и серой.

"Однако потепление океана из-за изменения климата заставляет многих коралловых хозяев терять своих водорослевых "квартирантов" — явление, называемое обесцвечиванием", — объяснил ведущий автор Минцзе Ху. Без водорослей коралл может погибнуть, поэтому понимание механизма симбиоза сейчас критически важно.

Используя мягкий коралл Xenia в качестве модельного организма, команда применила геномные, биоинформатические и биологические инструменты. Они выявили специализированный тип клеток, необходимый для симбиоза. Эти клетки экспрессируют уникальный набор генов, позволяющий им:

• Распознавать водоросли.
• "Заглатывать" и удерживать их в специальном клеточном отсеке.
• Предотвращать атаку на водоросли иммунной системой как на чужеродных захватчиков.

Исследователи также показали, что процесс поглощения проходит пять стадий, где третья стадия соответствует зрелым клеткам, содержащим водоросли, а первая и пятая — стадиям до симбиоза и после изгнания водорослей соответственно.

В дальнейшем команда планирует изучить, как экологический стресс влияет на прохождение этих пяти стадий, какая из них наиболее важна для восстановления после обесцвечивания, и какие гены работают на каждом этапе.

Работа поддержана грантом Фонда Гордона и Бетти Мур в рамках их Инициативы по симбиозу в водных системах.