Мониторинг микробов в водах рифов — доступный инструмент для управления экосистемой

Кораллы существуют в симбиозе с микроскопическими организмами. Их яркие цвета часто обеспечивают водоросли, живущие в тканях и снабжающие коралл пищей. В окружающей риф воде также присутствует «микробный суп» из бактерий, архей и других микроорганизмов, которые реагируют на изменения среды и могут указывать на состояние рифа.

В новой статье в Cell Reports Sustainability учёные Эми Эпприлл (Океанографический институт Вудс-Хоул) и Дженнифер Л. Салерно (Университет Джорджа Мейсона) подробно описывают ценность этих микробных сообществ для мониторинга и сохранения коралловых рифов.

Они показывают, как отбор проб и анализ рифовой воды на наличие определённых микробов может быть полезен не только микробиологам, но и менеджерам морских парков, некоммерческим организациям, командам по восстановлению рифов и политикам.

«Учёт микробов очень помогает понять общее здоровье рифа, — говорит Эпприлл. — Наша цель — сделать эти знания доступными для программ и людей, заинтересованных в использовании микробов для диагностики здоровья рифа».

По сравнению с визуальными наблюдениями, анализ водных микробов даёт более оперативную картину здоровья и больше деталей об организмах, живущих рядом с рифами. В статье представлен обзор лучших подходов, ориентировочная стоимость и рекомендации для применения этих методик.

Бактерии и археи — самые многочисленные микробы в рифовой среде. Они реагируют на химическое окружение (питательные вещества, микроэлементы) и физические свойства воды (насыщение кислородом, температура, pH, свет).

Присутствие конкретных микробов может указывать на определённые условия. Например, наличие E. coli обычно сигнализирует о попадании отходов жизнедеятельности человека или животных, что часто вредно для рифа. С другой стороны, обилие обычных фотосинтезирующих микроорганизмов может быть положительным признаком.

«Полезность микробов как значимых индикаторов растёт по мере углубления нашего понимания их роли в поддержании или дестабилизации здоровья и функций экосистемы, — отмечает Салерно. — У нас есть наука и доступные технологии, чтобы применять такие диагностические инструменты для более тонких решений в сохранении, управлении и политике, касающейся рифов».

Неинвазивный отбор проб воды можно проводить разными методами, с разной стоимостью и технической сложностью, что делает его доступным для разных заинтересованных сторон. Анализ микроорганизмов также возможен разными способами — от флуоресцентного микроскопа до экстракции ДНК и РНК для получения более детальных данных.

В статье также содержится призыв к стандартизации методов и координации между учёными и организациями для успеха программ мониторинга в крупных масштабах. Даны рекомендации по месту и времени отбора проб на основе предыдущих исследований.

Знания о микробных сообществах рифа, включая обилие микробов в воде, состав и разнообразие сообществ, могут дать диагностический снимок конкретной системы и, при продолжении мониторинга, показать её изменения во времени.

В конечном счёте, авторы хотят, чтобы эти знания были широко доступны и заносились в открытые банки данных. По мере роста таких баз данных «можно будет применять подходы машинного обучения» для получения дополнительной информации о динамике «микробы–риф» и «использовать выученные закономерности из глобальных данных для разработки микробного индекса здоровья рифовой воды».

«Если мы сможем лучше предсказывать возникающие угрозы с помощью диагностических инструментов, возможно, мы также сможем лучше предотвращать их воздействие на рифы с самого начала, — говорит Салерно. — Поскольку коралловые рифы страдают от изменения климата в глобальном масштабе, как никогда важно понимать и повышать их устойчивость на местном уровне».

Последние два года принесли одни из худших зарегистрированных событий обесцвечивания кораллов (когда кораллы из-за теплового стресса и других факторов изгоняют свои симбиотические водоросли). Поскольку океан продолжает поглощать избыточное тепло, будущее многих рифовых экосистем под угрозой.

«Нам нужно предоставить как можно больше практической и доступной информации людям, принимающим решения, — объясняет Эпприлл. — Я думаю, что эти микробы могут углубить наши знания об экосистеме и улучшить основу для принятия решений».