Ученые впервые определили, как кораллы создают свои минеральные скелеты

Ученые из Университета Рутгерса впервые описали биологический процесс, с помощью которого кораллы создают свои скелеты, которые становятся известняками и формируют массивные и экологически важные коралловые рифы в мировом океане.

В публикации в журнале Current Biology Тали Масс и ее коллеги из Института морских и прибрежных наук Рутгерса показали, что специфические белки, производимые кораллами, могут формировать известняк в пробирках. Эти белки, секретируемые кораллами, осаждают карбонат, который формирует характерный скелет кораллов.

"Это первый шаг к пониманию того, как кораллы строят свой скелет", — сказала Масс, постдокторант и ведущий автор исследования. Исследователи также обнаружили, что реакция происходит независимо от кислотности воды, что предполагает, что эти организмы выживут в грядущие столетия, когда, по прогнозам, мировой океан станет более кислым. Это также потенциально хорошая новость для здоровья мировых коралловых рифов, которые поддерживают экосистемы, необходимые для морского биоразнообразия и рыболовства.

"Хорошая новость в том, что изменение кислотности не остановит функцию этих белков", — сказала Масс. Однако она предупреждает, что ее работа не должна вызывать у людей самоуспокоенности: "Загрязнение и повышение температуры воды также представляют серьезную угрозу для этих важных морских организмов".

Ученым давно было известно, что кораллы строят свои внешние скелеты из матрицы секретируемых белков, но механизм был непонятен. Масс и ее коллеги из лаборатории Пола Фальковски начали с вопроса о том, какие белки могут быть ответственны за этот процесс. Они идентифицировали более 30 белков из кораллового скелета, которые могли быть вовлечены в процесс.

Одновременно они искали в геноме коралла гены белков, которые потенциально могли бы помогать в производстве минерала скелета — карбоната кальция. Для этого ученые обратились к Дебашишу Бхаттачарье, профессору экологии, эволюции и природных ресурсов, директору Rutgers Genome Cooperative и соавтору статьи. Геном — это вся генетическая информация (ДНК) организма, в данном случае конкретного изучаемого коралла.

"Мы создали 'черновой' геном", — сказал Бхаттачарья. "По сути, это геном, который еще не полностью собран в хромосомы. У вас нет полностью собранной головоломки ДНК, но у вас есть все ее части, и вы можете выяснить, какую функцию выполняют многие части, например, гены, в коралле".

Анализ генома, проведенный биоинформатиком Эхудом Зельционом, привел исследователей к четырем конкретным белкам. Гены, кодирующие эти белки, были клонированы и экспрессированы в бактериях, затем белки были выделены и помещены в растворы, представляющие текущую кислотность морской воды и более кислые уровни, прогнозируемые учеными к концу века.

По общепринятой шкале pH, где меньшие числа означают большую кислотность, сегодняшние моря имеют умеренно щелочной уровень 8.2. Ожидается, что они приблизятся к 7.6 по мере увеличения концентрации углекислого газа в воздухе. Используя сканирующий электронный микроскоп и другие измерительные приборы, ученые исследовали белки и обнаружили, что все они начали осаждать кристаллы карбоната кальция в пробирке при обоих уровнях pH.

"Эта работа значительно продвигает нас в объяснении того, как кораллы осаждают карбонатно-кальциевые скелеты, и ясно показывает, что реакция может протекать при более кислых уровнях pH", — сказал Фальковски, также соавтор исследования. "Это не означает, что окисление океана не вызывает беспокойства, но предполагает, что кораллы по-прежнему смогут формировать скелеты, а коралловые рифы продолжат существовать".