Коралловые рифы важны для защиты береговой линии, обеспечения морепродуктами и получения миллионов долларов дохода от отдыха каждый год, но повышение температуры воды из-за изменения климата приводит к тому, что многие кораллы вымирают. Исследователи из Пенсильванского университета — Илиана Баумс и Тодд Ла Джеунесс, оба доцента биологии, и технолог-исследователь Меганн Дюранте — провели крупномасштабное генетическое исследование карибского коралла лосося, Acropora palmata. Когда-то основной вид кораллов, строящих рифы в Карибском бассейне, A. palmata теперь занесен в список находящихся под угрозой исчезновения в соответствии с Законом США о видах, находящихся под угрозой исчезновения.
Биологи работали на уровне подвидов, используя генетические маркеры высокого разрешения, которые позволяли им исследовать отдельные колонии кораллов и их симбиотические отношения с одноклеточными водорослями.«Эти большие оранжевые ветвящиеся кораллы очень важны для экосистемы», — пояснил Баумс. «Они действуют как деревья, создавая трехмерную структуру рифа, и их выживание зависит от симбиотического партнерства с одноклеточными водорослями. Водоросли живут в клетках кораллов — это очень интимные отношения.
Мы хотели знать больше об этом симбиозе на уровне подвидов », — сказала она.«Когда мы изучили отдельные колонии кораллов, мы обнаружили, что обычно одна колония-хозяин содержит только один штамм водорослей, состоящий из генетически идентичных клеток», — сказал Баумс. «Раньше это не было ясно — мы не знали, может ли быть только один или несколько штаммов этого вида водорослей в одной колонии кораллов».Это новое понимание партнерства кораллов и водорослей имеет значение для изучения того, как кораллы адаптируются к изменениям температуры воды.
Когда температура воды повышается всего на несколько градусов, это партнерство разрушается, и коралл может погибнуть. «Становится жарко, — сказал Баумс, — и поскольку эти отношения являются симбиотическими, каждый партнер должен реагировать на изменение температуры. Они должны развиваться вместе, чтобы выжить».Чтобы узнать, могут ли кораллы адаптироваться, переключаясь со временем на разных партнеров-симбионтов, исследователи в течение нескольких лет брали образцы колоний кораллов по всему Карибскому региону.
Они обнаружили, что в большинстве случаев первоначальное партнерство, сформированное между кораллом-хозяином и штаммом симбионта, остается неизменным. «Не похоже, что этот вид кораллов отреагирует на изменение климата сменой партнеров», — сказал Баумс. «Кажется, что они вместе на всю жизнь. Поэтому маловероятно, что колонии приобретают другой штамм водорослей, чтобы приспособиться к изменяющимся климатическим условиям».Исследователи хотели узнать больше о потоке генов среди различных популяций кораллов A. palmata, что пролило бы свет на то, какие возможности у кораллов могут быть для смены симбионтов. Они изучили генетические паттерны для кораллов-хозяев и водорослей-симбионтов в пределах их Карибского ареала в более чем 700 колониях и обнаружили, что паттерны генетического обмена не совпадают.
Симбионты обмениваются генами на гораздо меньшей площади, «поэтому, если бы в симбионте произошла полезная мутация, он остался бы в гораздо более локальной области по сравнению с кораллом-хозяином», — пояснил Баумс. «Это означает, что эволюционный процесс между хозяином и симбионтом более неэффективен, чем мы могли бы надеяться ради выживания кораллов», — сказала она.«Тем не менее, хорошие новости заключаются в том, что некоторые из этих партнерств работают очень хорошо, и некоторые кораллы могут лучше переносить изменение климата, чем другие. Мы только начинаем изучать, как виды кораллов и симбионтов различаются по своей реакции на изменение климата, а также то, как отдельные комбинации внутри видов могут работать по-разному », — сказал Баумс.
Ожидается, что крупномасштабное исследование и его фокус на уровне подвидов позволят получить ценную информацию о способности кораллов лосихорн адаптироваться к изменению климата. «Илиана собрала самую большую и самую полную коллекцию образцов из всех видов рифовых кораллов, и это дает нам возможность исследовать симбионтов этого коралла с предельными генетическими деталями в одной колонии, среди колоний со всего стенда и с рифа. — сказал Ла Джеунесс, чья лаборатория изучает экологию и биогеографию этих водорослевых симбионтов, обитающих в рифовых коралловых сообществах по всему миру.«Мы не понимали этот уровень разнообразия раньше, потому что у нас не было генетических инструментов для оценки этих симбионтов на уровне отдельного штамма. Мы видим, что не только этот конкретный коралл ассоциируется с одним видом симбионтов на всем протяжении своего распространения, — но также и то, что популяция симбионтов в каждой колонии, по-видимому, очень клонирована и стабильна », — сказал ЛаЖенесс.Эти данные предлагают критическое понимание эволюционной и экологической динамики между хозяином и симбионтом.
Эти знания улучшают общее понимание исследователями биологии рифовых кораллов и могут помочь им составить точные прогнозы того, как эти организмы отреагируют на изменение климата в будущем, объяснил ЛаЖёнесс.Эти прогнозы особенно важны для Карибского бассейна, где не хватает разнообразия видов кораллов, обитающих в Тихом океане, и который потерял больше коралловых колоний, чем Тихий океан. «Мы находимся в точке, где у нас очень мало действительно здоровых рифов в Карибском бассейне, — сказал Баумс, — и восстановление рифов является приоритетом. Поскольку A. palmata находится под угрозой исчезновения, мы хотим сохранить как можно больше. Мы можем взять образцы кораллов и попытаться сохранить как можно больше комбинаций хозяина и симбионта.
Чем больше у нас разнообразия, тем более вероятно, что одно из партнерств кораллов и водорослей содержит полезные мутации, которые позволяют ему пережить изменения. Это так. один инструмент, который мы можем использовать, чтобы решить, какие кораллы поместить в питомники, вырастить и пересадить обратно на риф, чтобы восстановить здоровые популяции кораллов ».