Korálové útesy, svěží stanoviště, která jsou domovem snad jedné čtvrtiny oceánských druhů, umírají znepokojivě. Organizace spojených národů projektuje, že pokud se teploty oceánu zvýší podle předpovědí, žádný z 29 útesů zapsaných na seznamu světového dědictví UNESCO do roku 2100 ještě nebude mít funkční ekosystémy. Vědci z vědců se připravili na to nejhorší tím, že se vymyslí .
Tým využívající nemrznoucí roztok naložený zlatými částicemi a lasery s rychlým rozmrazováním, tým založený na Havaji poprvé kryogenně zmrazil a úspěšně rozmrazil korálové larvy. Průlom by mohl umožnit biobankingu korálových druhů zachovat mizející rozmanitost útesů po celém světě. Kryogenika může také pomoci při obnově tím, že udržuje zmrazené zásoby korálových larev, připravené znovu osídlit mrtvé nebo umírající útesy.
"Můžeme zmrazit larvy, můžeme je přivést zpět a oni jsou naživu, " říká Mary Hagedorn, korálový biolog z Smithsonian Conservation Biology Institute (SCBI). Další kroky, poznamenává, zajišťují, aby korály fungovaly životaschopně na útesu a rozšiřovaly proces tak, aby mohly pracovat na obrovském počtu korálů.
Konfokální snímky larev třetího dne ukazující fluorescenci z GFP (vlevo) a distribuci zlatých nanorodových částic potažených DyLight obklopujících larvu v kryoprotektantu (vpravo). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Hagedorn spoluautorský výzkum nedávno zveřejněný ve vědeckých zprávách podrobně popisující, jak byly larvy houby korálů ( Fungia scutaria ) úspěšně zmrazeny a oživeny, aby se normálně vyvinuly a plavaly až 12 hodin. Vědci by byli nadšeni, kdyby si světový decimovaný korálový útes mohl užít tak úspěšného druhého aktu.
Útesy a ohromující biologická rozmanitost, které hostí, jsou obléhány rychle se měnícím podnebím. Mezi rozšířené důsledky i pro lidi na suchozemských pozemcích patří snížení dodávek potravin a destruktivní eroze obydlených pobřeží. A smrt velkých útesů není jen otázkou projekce, jsou již skutečností. Masivní událost bělení korálů v letech 2014-17 zdůraznila 75 procent světových útesů a zabila asi 30 procent korálů na slavném Velkém bariérovém útesu. Tyto epizody začínají být tak časté, že nedávné Národní hodnocení klimatu naznačuje, že bělení korálů bude do roku 2040 každoroční událostí na Havajských ostrovech a v americké Samoa.
Korály se dokáží přizpůsobit měnícím se prostředím, ale na některých místech je tempo prostě příliš rychlé. Možnost námrazy a oživení jim může pomoci koupit nějaký čas.
Barvení phloloidinu: Úplné fluorescenční mikroskopické obrazy phalloidinu z vyvíjející se larvy F. scutaria obarvené na aktin. (Smithsonian Conservation Biology Institute) Zmrazení korálů se ukázalo jako relativně snadné, říká Hagedorn. Larvy byly jednoduše namočeny do tekutého dusíku poté, co byly ošetřeny typem kryoprotektivního „nemrznoucího prostředku“ speciálně vytvořeného tak, aby jim pomohl rovnoměrně zmrazit bez tvorby ledových krystalů.
"Ledové krystaly jsou opravdu naše nemesis, " říká. "Mohou existovat drobná jádra, která se vytvoří během procesu zmrazování a ty je můžete považovat za sněhové vločky." Ale nechcete, aby se tyto sněhové vločky rozrostly na větší ledové oštěpy, které ničí buňky. “Naopak, problém s ledovými krystaly je při zahřívání zmrazených vzorků skutečně nejhorší.
"Představte si vodu, pomalu mrznoucí a v okamžiku, kdy několik krystalů najednou roste relativně rychle do ledových střepů, když mrzne, " vysvětluje Jonathan Daly, vedoucí autor na papíře a postdoktorandský kolega na SCBI a Havajském institutu mořských Biologie. "To se děje v určitém teplotním rozmezí a procházíte tímto rozsahem, když chladíte, ale také když se ohříváte."
K většině buněčných úmrtí dochází během procesu zahřívání, ale vědci mohou zabránit tvorbě ledových krystalů rychlým rozmrazením korálových larev. K dosažení rychlosti použil tým techniku, kterou Hagedorn honil na embryích Zebrafish jedním úderem pevných částic zlata a laserového světla.
Hollywoodské lasery mohou být dost horké, aby se odpařili mimozemšťané, ale laboratorní verze stále nedokázaly přenášet teplo rychle a rovnoměrně, aby rozmrazily malé embryo bez pomoci. Vědci tak představili nanogold částice distribuované v nemrznoucím roztoku, který absorboval světlo z laseru a přeměnil ho v teplo, které korál úspěšně vyvedlo z hlubokého zmrazení. "Během jedné sekundy se topí, " říká Daly.
Jonathan Daly kryokonzervuje korálové larvy. (Gary Cranitch / Nadace Velký bariérový útes) Zmrazení životaschopných korálů má potenciál zachovat budoucí biodiverzitu zachováním celé škály genetiky korálů. "Nemáme tušení, jak bychom mohli být schopni tento materiál použít za 100 let, ale dělat to nyní, zatímco stále máme spoustu rozmanitosti na útesech a velmi rychle ztratíme, je opravdu důležité, " říká Hagedorn. Čtrnáct druhů korálových spermií a embryí odebraných na Velkém bariérovém útesu je již zmraženo v australské zoo Taronga Western Plains Zoo a deset dalších v Národním programu zvířecích plazmatických organismů USDA v pevnině Fort Collins, CO.
Tato uložená sperma by vyžadovala spárování s živými vejci, ale Madeleine van Oppen z australského institutu mořských věd a univerzity v Melbourne říká, že tento úspěch mění hru tím, že demonstruje schopnost zmrazit celý organismus, který, doufejme, může být rozmrazen ven žít a růst.
"Je velmi důležité zachovat současnou genetickou rozmanitost, abychom ji mohli v budoucnu použít jako semennou banku, která byla vyvinuta pro plodiny, " pokračuje van Oppen. "Lidé se mohou vracet a vytvářet zásoby plodin, které mohou být lépe odolné vůči suchu nebo teplu, protože mají tu banku genetické rozmanitosti, která jim to umožňuje." Takže pokud dokážeme udělat něco podobného Sejfu Global Seed pro korály, bude to do budoucna velmi silné. “
Bohužel, tato budoucnost tu ještě není. Houbový korál byl zamrzlý, protože jeho larvy byly malé a snadno se s nimi pracovalo. Nyní je tým vyzván vyladit vše od nemrznoucí směsi až po nastavení laseru tak, aby bylo možné zachovat i velké korálové útesy. "Myslíme si, že to bude škálovatelné, " říká Hagedorn.
Dospělý hubový korál (F. scutaria). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Další výzvou je obrovský nárůst velikosti operace, takže by mohla být použita pro obnovu útesu.
"Potřebujeme přejít od zmrazení stovek těchto věcí ke stovkám tisíců, abychom dokonce dostali nějaký korál, aby žili na útesu, " říká Hagedorn. Pokud lze takové počty larev kryogenně zachovat, zvyšuje se tím možnost přeplnění pomalých reprodukčních rychlostí korálů. K tření korálů dochází pouze tehdy, jsou-li podmínky perfektní, jednou ročně a jen na pár dní.
"Pokud dokážeme vybudovat skladiště zmrazených larev, které bychom mohli vytáhnout z mrazničky, kdykoli potřebujeme obnovit útes, mohlo by to být provedeno kdykoli v roce, takže nejste omezeni pouze na korálovou reprodukci." To by samozřejmě bylo naprosto báječné, “říká van Oppen. "To by platilo zejména tehdy, kdybys to mohl zkombinovat s některými z probíhajících prací na pokusu vyvinout korálové zásoby, které jsou odolnější vůči teplu."
Opětovné zavedení zmrzlých korálů nemusí být velmi úspěšné v místech, kde stále přetrvávají podmínky, které způsobily útesy. Ale pokud se korálové prostředí zlepší, nebo pokud lidé mohou vytvořit korály odolnější vůči budoucím podmínkám, existuje velká šance, že budeme mít populaci rozmrazených a sloužících kryogenních korálů připravených využít.
