Плохой разрыв в тёплых водах: почему морские губки страдают от повышения температуры

Морские губки начали массово гибнуть в прибрежных районах по всему миру. Только в этом году тысячи губок побелели и погибли в Новой Зеландии и в Средиземном море. Это происходит, когда вода становится слишком тёплой, но основная причина оставалась загадкой. До сих пор.

Известно, что эти губки играют ключевую роль в переработке таких элементов, как углерод, азот, сера и фосфор. Таким образом они поддерживают круговорот питательных веществ, что полезно для всей жизни на Земле.

Это происходит в основном благодаря их очень тесной связи, или «симбиозу», с разнообразными и многочисленными микробами. Эти микробы живут в тканях губки как «партнёры по жизни». Губки выигрывают от этих тесных отношений, так как микробы производят энергию, перерабатывают питательные вещества и обеспечивают хозяина полезными молекулами.

В нашем новом исследовании мы обнаружили, что причиной смерти, вероятно, является внезапная потеря ключевого микроба при высоких температурах. Это может быстро отравить губку, потому что этот конкретный микроб обычно необходим для удаления аммиака — токсичного продукта метаболизма — из тканей губки. Без этого важнейшего процесса губка погибает.

Эксперимент с температурой

Морские губки — это животные самых разных форм, цветов и размеров, обитающие во всех океанах, где они служат пищей и укрытием для многих других организмов.

Они проводят жизнь, прикрепившись ко дну моря, где питаются, фильтруя тысячи литров морской воды каждый день, захватывая, а затем переваривая микроскопическую пищу.

Наше исследование изучало тропическую губку Stylissa flabelliformis, подвергнутую либо средней летней температуре сегодняшнего дня (28.5℃), либо средней температуре, прогнозируемой на 2100 год (31.5℃).

После восьми недель в более тёплой воде губки умирали. В тканях губки не было и следа микроба, который обычно удаляет токсичный аммиак. Микробный ген, несущий детоксифицирующую функцию, также полностью отсутствовал в тканях губки. Это подтвердило, что никакой другой микроб не выполнял эту роль, и детоксикация тканей была просто невозможна.

Напротив, губки, содержавшиеся при 28.5℃, были здоровы. И микробы в их тканях были теми, которых мы обычно находим, когда всё в порядке.

Мы портим историю эволюционного успеха?

Губки — одни из самых древних животных на планете. Они встречаются от тропиков до полюсов на мелководье и в глубоких водах.

Долгое время симбиоз губки с микробами считался причиной этого экологического успеха. В зависимости от вида губки, в её тканях обитают тысячи различных видов микробов.

Помимо снабжения хозяина энергией, эти микробы обеспечивают губку жизненно важными молекулами, которые она сама не может производить, такими как необходимые витамины или соединения, отпугивающие хищников. Они также действуют как переработчики, преобразуя определённые химические вещества, чтобы снизить их токсичность или сделать их усвояемыми для губки. И они даже производят молекулы, которые потенциально могут принести пользу людям, такие как противораковые препараты и противомикробные средства.

Симбиоз между губками и их микробными партнёрами позволил губкам завоевать большие части морского дна океанов. Но деятельность человека может нанести серьёзный удар по этой эпической истории успеха. В прошлом году морская волна тепла вызвала повреждение тканей и побеление у нескольких видов губок в Новой Зеландии. В Средиземном море все губки у побережья Марселя погибли в результате экстремальных температур прошлым летом в Европе.

Хотя основная причина этих массовых вымираний в более тёплых водах ещё не известна, исследователи предположили, что ответ может заключаться в разрушении симбиоза между хозяином и его микробами. Наше исследование поддерживает эту гипотезу. Эти губки могут столкнуться с проблемой, аналогичной обесцвечиванию кораллов: повышение температуры разрушает симбиоз, потенциально вызывая химический дисбаланс внутри губки со смертельными последствиями.

Никаких обязательств? Ни за что!

В большинстве случаев сильный симбиоз оказывает чрезвычайно положительное влияние на хозяина, но риск таких глубоких связей — это зависимость. В случае с S. flabelliformis кажется, что губка не смогла пережить потерю единственного микроба, который детоксифицирует аммиак, и «разрыв», вызванный повышением температуры.

Примечательно, что этот многочисленный вид на Большом Барьерном рифе и в Западной Индо-Пацифике — не единственная тропическая губка, у которой происходят изменения в микробах, когда она нездорова. Это также происходит у губок, обитающих в умеренных водах.

Губки и их микробные партнёры в опасности

Важно, что повышение температуры на 3℃, которому мы подвергли наших губок, представляет собой не сценарий научной фантастики, а сегодняшние экстремумы, уже наблюдаемые в природе. Это соответствует морской волне тепла, обрушившейся на восточное побережье Австралии между ноябрём 2015 и февралём 2016 года.

Прогнозируется, что такие экстремальные явления станут более частыми и более суровыми по мере изменения нашего климата. И такие высокие температуры могут стать средними к 2100 году, если мы не достигнем глобальной углеродной нейтральности как можно скорее.

Это тревожная новость для губок, для экосистем, которые они поддерживают, и, как следствие, для нас. Губки чрезвычайно разнообразны: в настоящее время описано около 8500 видов по всему миру, они являются хозяевами микробов, которые могут помочь человечеству бороться с болезнями и устойчивостью к антибиотикам.

Не интуитивно думать о скромных животных и их микробных партнёрах, размышляя о таких больших проблемах, как изменение климата и крах биоразнообразия Земли. Но ради наших океанов и, в конечном счёте, нас самих, нам необходимо быстро приложить эти коллективные усилия и защитить их соответствующим образом.