Некоторые виды кораллов могут быть более устойчивы к изменению климата, чем считалось ранее
Некоторые виды кораллов могут проявлять устойчивость к морским тепловым волнам благодаря «памяти» о том, как они пережили предыдущие волны, как показало исследование учёных из Университета штата Орегон.
Исследование также содержит свидетельства того, что эта экологическая память, вероятно, связана с микробными сообществами, обитающими в кораллах.
Результаты, опубликованные в Global Change Biology, важны, потому что коралловые рифы, имеющие решающее значение для функционирования планеты, находятся в упадке из-за ряда антропогенных факторов, включая изменение климата, заявил ведущий автор исследования Алекс Вомпе.
«Крайне важно понять, насколько быстро рифы могут адаптироваться к всё более частым повторяющимся нарушениям, таким как морские тепловые волны», — сказал Вомпе, докторант, работающий в лаборатории профессора микробиологии Ребекки Веги Тёрбер. «Микробиомы, живущие внутри своих коралловых хозяев, могут быть ключевым компонентом быстрой адаптации».
Тепловые волны, вероятно, будут увеличиваться по частоте и силе из-за изменения климата, добавил он. Замедление темпов потери кораллового покрова и видов является важной целью сохранения, а прогнозирование и создание термоустойчивости — двумя важными инструментами.
Знание роли микробов в адаптации может помочь в усилиях по «коралловому садоводству» и высадке, сказал Вомпе. Более глубокое понимание микробных процессов и организмов, ответственных за экологическую память, также может помочь в разработке пробиотиков и/или протоколов мониторинга для оценки и воздействия на качество экологической памяти отдельных колоний кораллов.
Коралловые рифы занимают менее 1% океана, но являются домом почти для четверти всех известных морских видов. Они также помогают регулировать уровень углекислого газа в море и являются важным источником для учёных, ищущих новые лекарства.
Кораллы состоят из взаимосвязанных животных-хозяев, называемых полипами, которые содержат микроскопические водоросли внутри своих клеток. Кораллы также содержат функционально и таксономически разнообразные бактерии, вирусы, археи и микроэукариоты. Сообщество бактерий и архей, живущих внутри кораллов, называют коралловым микробиомом.
Симбиоз является основой экосистемы коралловых рифов, поскольку эти микробы приносят пользу кораллам-хозяевам, помогая в круговороте углерода, азота и серы, снабжении необходимыми витаминами и защите от патогенов. Коралловые полипы, в свою очередь, обеспечивают питание и защиту водорослям и бактериям.
Изменение климата угрожает коралловым рифам отчасти потому, что некоторые из отношений между кораллами и их микробами могут быть нарушены потеплением океанов вплоть до распада — коллапса партнёрства хозяина и микроба, что приводит к явлению, известному как обесцвечивание кораллов.
«Но Acropora retusa, распространённый вид кораллов на изученном нами рифе Муреа, по-видимому, обладает мощной реакцией экологической памяти на тепловые волны, в которой, кажется, играет роль микробиом», — сказал Вомпе. «Это означает, что некоторые виды кораллов могут быть более устойчивы к изменению климата, чем считалось ранее».
Вомпе, Вега Тёрбер и их коллеги из OSU, Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, Университета штата Аризона и Университета Эссекса пять лет изучали 200 коралловых колоний на рифе у северного берега Муреа во Французской Полинезии. Муреа — остров в южной части Тихого океана, примерно на полпути между Австралией и Южной Америкой.
Из-за недавней истории рифа он представил уникальную возможность изучить реакцию на тепловые волны, заявили исследователи.
В 2010 году морская звезда «терновый венец» и циклон уничтожили более 99% кораллов, фактически нажав кнопку сброса на рифе. Кораллы восстановились и пережили сравнительно незначительные тепловые волны в 2016 и 2017 годах, прежде чем столкнуться с самой сильной морской тепловой волной в истории наблюдений в этом районе между декабрём 2018 и июлем 2019 года.
Вскоре последовала вторая по силе тепловая волна — между февралём и июлем 2020 года.
«Мы наблюдали, что некоторые виды кораллов, по-видимому, помнят воздействие прошлых морских тепловых волн и сохраняют более высокий уровень здоровья при последующих тепловых волнах», — сказала Вега Тёрбер. «И реакция памяти у Acropora retusa была тесно связана с изменениями в её микробиоме, что подтверждает идею о том, что микробное сообщество играет роль в этом процессе».
Кораллы-цветная капуста рода Pocillopora сохраняли хорошее здоровье во время тепловых событий, и их микробиомы также показали реакцию экологической памяти, отметила она. Они были нарушены первоначальной тепловой волной 2019 года, но восстановились до состояния до нарушения, несмотря на вторую тепловую волну в 2020 году.
«Члены микробных сообществ кораллов обладают уникальными биологическими особенностями, которые делают их более адаптируемыми и отзывчивыми к изменениям окружающей среды — короткими циклами поколений, большими размерами популяций и разнообразным метаболическим потенциалом», — сказала Вега Тёрбер. «У двух из трёх видов кораллов, на которых мы сосредоточились, мы выявили начальную устойчивость микробиома, акклиматизацию хозяина и микробиома или развившуюся устойчивость микробиома к повторяющемуся тепловому стрессу. Последние две модели соответствуют концепции экологической памяти».
В исследовании также участвовали другие исследователи из Орегона: Томас Шарптон, Ханна Эпштейн и Эмили Шмельцер. Шарптон — доцент микробиологии и статистики; Эпштейн во время исследования была постдокторантом, а сейчас является преподавателем в Университете Эссекса; Шмельцер, докторант в лаборатории Веги Тёрбер, окончила учёбу и работает биологом в Геологической службе США.