Stavba korálového útesu trvá tisíce let, ale může okamžitě zmizet.
Související obsah
- Hluboké korálové záře pro jejich životy
- Poslední bělicí událost možná skončila, ale útesy jsou stále v nebezpečí
Viníkem je obvykle korálové bělení, což je onemocnění zhoršující se oteplováním vod, které dnes ohrožuje útesy po celém světě. Nejhorší zaznamenaná bělicí událost zasáhla jižní Pacifik v letech 2014 až 2016, kdy stoupající teploty oceánu s následným náhlým přílivem teplých vod El Niño traumatizovaly Velký bariérový útes. Jen v jedné sezóně bělení zdecimovalo téměř čtvrtinu obrovského ekosystému, který kdysi protáhl Korálovým mořem téměř 150 000 čtverečních mil.
"Jak strašně to bylo, ta bělící událost byla budíčkem, " říká Rachel Levin, molekulární biolog, který nedávno navrhl odvážnou techniku, jak zachránit tyto klíčové ekosystémy. Její myšlenka, publikovaná v časopise Frontiers in Microbiology, je jednoduchá: Spíše než nalezení zdravých symbiontů k opětovnému osídlení běleného korálu v přírodě je místo toho připravte v laboratoři. Vzhledem k tomu, že by to vyžadovalo významné zásahy do přírody, je pravděpodobné, že návrh zamíchá kontroverzní vody.
Levin však tvrdí, že s časem, který se blíží po útesech po celém světě, by potenciální hodnota mohla být hodna rizika.
Levin studoval farmakologii rakoviny jako vysokoškolák, ale stal se fascinován hrozbami, kterým čelí vodní život, zatímco flákal v kurzech mořské vědy. Šokovala ji skutečnost, že na rozdíl od výzkumu lidských chorob bylo mnohem méně výzkumníků bojujících za obnovení zdraví oceánů. Po ukončení studia se přestěhovala z Kalifornie do Sydney v Austrálii, kde pokračovala v doktorském studiu. v Centru pro mořské biologické inovace na University of New South Wales, s nadějí, že své znalosti v oblasti výzkumu lidských chorob uplatní na korály.
V medicíně často vědcům hrozí vážné onemocnění, aby vyzkoušeli novou a kontroverzní léčbu (tj. Sloučení zdravých vajec dvou žen s spermatem jednoho muže, aby se vytvořilo „tříleté dítě“). Totéž platí pro environmentální vědu - do určité míry. "Stejně jako strašlivá nemoc [u] lidí, když si lidé uvědomí, jak se situace zhoršuje, vědci se začínají snažit navrhnout mnohem více, " říká Levin. Pokud jde o ochranu životního prostředí, je však méně obhájců ochotných implementovat riskantní, průkopnické techniky.
Pokud jde o útesy - klíčové mořské oblasti, které skrývají ohromující množství rozmanitosti a chrání masy půdy před bouřkami, povodněmi a erozí - toto zaváhání může být fatální.
Bělení korálů je často prezentováno jako smrt korálů, což je trochu zavádějící. Ve skutečnosti je to rozpad symbiotického spojení, které umožňuje korálovi prosperovat. Samotné korálové zvíře je jako stavební vývojář, který konstruuje lešení výškového bytového komplexu. Vývojář pronajal každou z miliard pokojů do jednobuněčných fotosyntetických mikrobů zvaných Symbiodinium.
V tomto případě však Symbiodinium výměnou za bezpečné místo k životu připravuje jídlo pro korály pomocí fotosyntézy. Naproti tomu bělený korál je jako opuštěná budova. Koral nakonec zemře bez toho, aby si mohl jídlo připravit.
Ačkoli bělení může být smrtící, je to vlastně chytrá evoluční strategie korálů. Očekává se, že Symbiodinium podpoří svůj konec dohody. Když se však voda příliš zahřeje, fotosyntéza se zastaví. Když je toto jídlo vzácné, korál pošle oznámení o vystěhování. "Je to jako mít špatného nájemce - zbavíš se toho, co máš, a uvidíš, jestli můžeš najít lepší, " říká Levin.
Ale jak se oceány stále zahřívají, je těžší a těžší najít dobrého nájemce. To znamená, že vystěhování může být riskantní. V teplém oceánu může korálové zvíře zemřít dříve, než najde nějaké lepší nájemce - scénář, který zdecimoval útesové ekosystémy kolem planety.
Levin chtěl tento problém vyřešit tím, že vytvořil přímý recept na vybudování super symbiontu, který by mohl znovu osídlit bělené korály a pomoci jim vytrvat v důsledku změny klimatu - v podstatě dokonalých nájemníků. Ale musela začít malá. V té době „bylo tolik děr a mezer, které nám zabránily v dalším postupu, “ říká. "Chtěl jsem jen ukázat, že bychom mohli geneticky zkonstruovat [ Symbiodinium ]."
I to by se ukázalo jako vysoký řád. První výzvou bylo, že Symbiodinium, přestože je jednobuněčným organismem, má nepraktický genom. Symbiotické organismy obvykle zefektivnily genomy, protože pro většinu svých potřeb spoléhají na své hostitele. Přestože jiné druhy mají genomy kolem 2 milionů párů bází, Symbiodiniumův genom je o 3 řády větší.
"Jsou hloupí, " říká Levin. Ve skutečnosti je celý lidský genom jen o něco méně než třikrát větší než Symbiodinium .
I poté, co pokroky v sekvenování DNA umožnily dešifrování těchto genomů, vědci stále netušili, k čemu je 80 procent genů. "Museli jsme ustoupit a spojit, který gen dělal co v tomto organismu, " říká Levin. Symbiodinium, člen skupiny fytoplanktonu zvané dinoflageláty, je neuvěřitelně rozmanité. Levin obrátila svou pozornost ke dvěma klíčovým kmenům Symbiodinium, které mohla ve své laboratoři růst.
První kmen, stejně jako většina Symbiodinium, byl náchylný k vysokým teplotám, které způsobují bělení korálů. Otočte knoflík na teplo o několik zářezů a tento tvor měl přípitek. Ale další kmen, který byl izolován od vzácných korálů, které žijí v nejteplejším prostředí, se zdálo být nepropustný pro teplo. Pokud by dokázala přijít na to, jak tyto dva kmeny ovládaly své geny během bělení, mohla by najít genetické klíče, aby vytvořila nový super-kmen.
Když Levin zahřál teplo, viděla, že vytrvalé Symbiodinium eskalovalo svou produkci antioxidantů a proteinů tepelného šoku, které pomáhají opravit poškození buněk způsobené teplem. Není divu, že normální Symbiodinium ne. Levin pak obrátila svou pozornost k vymýšlení způsobu, jak vložit další kopie těchto klíčových genů tolerujících teplo do slabšího Symbiodinia, čímž vytvořila kmen přizpůsobený pro život s korály z mírných oblastí - ale s nástroji pro přežití oteplovacích oceánů.
Získání nové DNA do buňky dinoflagelátu není snadný úkol. Tyto buňky jsou sice malé, ale jsou chráněny obrněnými deskami, dvěma buněčnými membránami a buněčnou stěnou. "Můžeš to projít, když budeš tvrdě tlačit, " říká Levin. Ale znovu, můžete skončit zabíjením buněk. Levin si tedy vyžádal pomoc od nepravděpodobného spolupracovníka: viru. Nakonec se viry „vyvinuly, aby mohly vložit své geny do genomu hostitele - tak přežívají a rozmnožují se, “ říká.
Levin izoloval virus, který infikoval Symbiodinium, a molekulárně ho změnil tak, aby již nezabíjel buňky. Místo toho ji vytvořila jako neškodný doručovací systém pro ty geny tolerující teplo. Levin ve své práci tvrdí, že užitečná zátěž viru by mohla použít CRISPR, průlomovou techniku úpravy genů, která se spoléhá na přirozený proces používaný bakteriemi, aby rozřezala a vložila tyto další geny do oblasti genomu Symbiodinium, kde by byly vysoce vyjádřeno.
Zní to dost jasně. Ale zmatení se živým ekosystémem není nikdy jednoduché, říká říká Dustin Kemp, profesor biologie na University of Alabama v Birminghamu, který studuje ekologické dopady změny klimatu na korálové útesy. "Jsem velmi nakloněn těmto řešením pro zachování a genetickou pomoc, " říká Kemp. „Obnova útesů, které se utvořily tisíce let, bude velmi skličující.“
S ohledem na ohromující rozmanitost kmenů Symbiodinium, které žijí pouze u jednoho druhu korálů, i když existoval robustní systém pro genetickou modifikaci, Kemp si klade otázku, zda by bylo možné kdykoli zkonstruovat dostatek různých super- Symbiodinium pro obnovení této rozmanitosti. "Pokud vyčistíte výřez starého pralesa a potom vyjdete a zasadíte několik borovic, je to opravdu zachránění nebo přestavba lesa?" Ptá se Kemp, který se studie nezúčastnil.
Kemp ale souhlasí s tím, že útesy umírají alarmujícím tempem, příliš rychle na to, aby přirozený vývoj Symbiodinium držel krok. "Kdyby se korály rychle vyvíjely, aby zvládly [oteplovací vody], mysleli byste si, že bychom to už viděli, " říká.
Thomas Mock, mořský mikrobiolog na University of East Anglia ve Velké Británii a průkopník v geneticky modifikujícím fytoplanktonu, také poukazuje na to, že biologie dinoflagelátu je stále do značné míry zakořeněna v tajemství. "Pro mě je to hloupost, " říká. "Ale takhle to obvykle začíná." Provokativní argument je vždy dobrý - je to velmi náročné, ale začněme někde a uvidíme, čeho můžeme dosáhnout. “Nedávno CSIRO, australská vládní vědecká divize, oznámila, že financuje laboratoře, aby pokračovala ve výzkumu genetických modifikací korálových symbiontů.
Pokud jde o lidské zdraví - například ochrana lidí před ničivými chorobami, jako je malárie nebo Zika -, vědci byli ochotni vyzkoušet více drastické techniky, jako je uvolňování komárů geneticky naprogramovaných tak, aby předávaly smrtící geny. Genetické modifikace potřebné k záchraně korálů, tvrdí Levin, by nebyly tak extrémní. Dodává, že k tomu, aby bylo možné geneticky modifikované Symbiodinium uvolnit do životního prostředí, aby bylo možné znovu osídlit umírající korálové útesy, je zapotřebí mnohem kontrolovanější laboratorní testování.
"Když mluvíme" geneticky upravené ", tyto druhy významně neměníme, " říká. "Neděláme nesmírně mutantní věci." Snažíme se jim dát pouze kopii genu, který jim již musí pomoci ... nesnažíme se být šílenými vědci. “
