Ένας κοραλλιογενής ύφαλος χρειάζεται χιλιάδες χρόνια για να χτίσει, αλλά μπορεί να εξαφανιστεί σε μια στιγμή.
σχετικό περιεχόμενο
- Τα κοράλλια βαθύβαρου νερού για τη ζωή τους
- Το τελευταίο συμβάν λευκαντικών μπορεί να τελειώσει, αλλά οι ύφαλοι εξακολουθούν να απειλούνται
Ο ένοχος είναι συνήθως η λεύκανση των κοραλλιών, μια ασθένεια που επιδεινώνεται από τα νερά που θερμαίνουν και σήμερα απειλούν τους υφάλους σε όλο τον κόσμο. Το χειρότερο καταγεγραμμένο γεγονός λεύκανσης έπληξε τον Νότιο Ειρηνικό μεταξύ 2014 και 2016, όταν η αύξηση των θερμοκρασιών των ωκεανών ακολούθησε ξαφνική εισροή θερμών υδάτων του El Niño που τραυματίστηκαν τον Μεγάλο Βαμβαρικό Reef. Σε μία μόνο εποχή λεύκανση κατέστρεψε σχεδόν το ένα τέταρτο του τεράστιου οικοσυστήματος, το οποίο κάποτε διασκορπίστηκε γύρω στα 150.000 τετραγωνικά μίλια μέσω της Κοραλλικής Θάλασσας.
"Όπως ήταν φοβερό, αυτό το φαινόμενο λεύκανσης ήταν μια κλήση αφύπνισης", λέει η Rachel Levin, μοριακός βιολόγος που πρότεινε πρόσφατα μια τολμηρή τεχνική για να σώσει αυτά τα βασικά οικοσυστήματα. Η ιδέα της, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Frontiers in Microbiology, είναι απλή: Αντί να βρούμε υγιή συμβιόνια για να ανακατασκευάσουμε τα λευκασμένα κοράλλια στη φύση, να τα κατασκευάσουμε στο εργαστήριο. Δεδομένου ότι αυτό θα απαιτούσε σημαντική παραβίαση της φύσης, η πρόταση ενδέχεται να προκαλέσει αμφιλεγόμενα ύδατα.
Αλλά Levin υποστηρίζει ότι με το χρόνο που εξαντλείται για τους υφάλους σε όλο τον κόσμο, η πιθανή αξία θα μπορούσε να αξίζει τον κίνδυνο.
Ο Levin σπούδασε φαρμακολογία του καρκίνου ως προπτυχιακός φοιτητής, αλλά γοητεύτηκε από τις απειλές που αντιμετωπίζει η υδρόβια ζωή, ενώ ταυτόχρονα διδάσκει μαθήματα θαλάσσιας επιστήμης. Εντυπωσιάστηκε από το γεγονός ότι, σε αντίθεση με την έρευνα για την ανθρώπινη ασθένεια, υπήρχαν πολύ λιγότεροι ερευνητές που αγωνίστηκαν για την αποκατάσταση της υγείας των ωκεανών. Αφού αποφοίτησε, μετακόμισε από την Καλιφόρνια στο Σίδνεϊ της Αυστραλίας για να παρακολουθήσει διδακτορικό διατριβή. στο Κέντρο Θαλάσσιας Βιο-Καινοτομίας στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας, με την ελπίδα να εφαρμόσει την εμπειρογνωμοσύνη της στην έρευνα για την ανθρώπινη ασθένεια στα κοράλλια.
Στην ιατρική συχνά παίρνει την απειλή μιας σοβαρής ασθένειας για τους ερευνητές να δοκιμάσουν μια νέα και αμφιλεγόμενη θεραπεία (δηλαδή τη συγχώνευση υγιεινών αυγών των δύο γυναικών με το σπέρμα ενός ανθρώπου για να κάνει ένα τριών γονέων). Το ίδιο συμβαίνει και με την περιβαλλοντική επιστήμη - σε κάποιο βαθμό. «Όπως μια φοβερή ασθένεια στους ανθρώπους, όταν οι άνθρωποι συνειδητοποιήσουν πόσο κακή είναι η κατάσταση, οι ερευνητές αρχίζουν να προσπαθούν να προτείνουν πολύ περισσότερα» λέει ο Levin. Ωστόσο, όσον αφορά την εξοικονόμηση του περιβάλλοντος, υπάρχουν λιγότεροι υποστηρικτές που επιθυμούν να εφαρμόσουν επικίνδυνες, πρωτοποριακές τεχνικές.
Όταν πρόκειται για τις θαλάσσιες περιοχές που είναι ζωτικής σημασίας για τους υφάλους, που φιλοξενούν μια εκπληκτική ποικιλομορφία και προστατεύουν τις μάζες της γης από τις πλημμύρες, τις πλημμύρες και τη διάβρωση - αυτός ο δισταγμός θα μπορούσε να είναι θανατηφόρος.
Η λεύκανση των κοραλλιών παρουσιάζεται συχνά ως ο θάνατος των κοραλλιών, κάτι που είναι λίγο παραπλανητικό. Στην πραγματικότητα, είναι η καταστροφή της συμβιωτικής ένωσης που επιτρέπει σε ένα κοράλλι να ευδοκιμήσει. Το ίδιο το κοραλλιογενές ζώο είναι σαν κατασκευαστής κτιρίων που κατασκευάζει το σκαλωσιά ενός συγκροτήματος διαμερισμάτων υψηλής ανόδου. Ο υπεύθυνος ανάπτυξης ενοικιάζει κάθε ένα από τα δισεκατομμύρια δωμάτια σε μονοκύτταρα, φωτοσυνθετικά μικρόβια που ονομάζονται Symbiodinium.
Αλλά σε αυτή την περίπτωση, σε αντάλλαγμα για ένα ασφαλές μέρος για να ζήσει, το Symbiodinium κάνει τα τρόφιμα για τα κοράλλια χρησιμοποιώντας φωτοσύνθεση. Ένα αποχρωματισμένο κοράλλι, αντίθετα, είναι σαν ένα έρημο κτίριο. Χωρίς ενοικιαστές για να φτιάξουν τα γεύματά τους, το κοράλλιο τελικά πεθαίνει.
Αν και η λεύκανση μπορεί να είναι θανατηφόρα, είναι στην πραγματικότητα μια έξυπνη εξελικτική στρατηγική για τα κοράλλια. Το Symbiodinium αναμένεται να διατηρήσει το τέλος του παζάρι. Αλλά όταν το νερό είναι πολύ ζεστό, σταματούν τη φωτοσύνθεση. Όταν το φαγητό σπανίζει, το κοράλλι στέλνει μια ειδοποίηση έξωσης. "Είναι σαν να έχετε έναν κακό ενοικιαστή - θα απαλλαγείτε από αυτό που έχετε και θα δείτε αν μπορείτε να βρείτε καλύτερα", λέει ο Levin.
Όμως, καθώς οι ωκεανοί συνεχίζουν να ζεσταίνονται, είναι πιο δύσκολο και δύσκολο να βρεθούν καλοί ενοικιαστές. Αυτό σημαίνει ότι οι εξώσεις μπορούν να είναι επικίνδυνες. Σε ένα θερμαινόμενο ωκεανό, το κοραλλιογενές ζώο θα μπορούσε να πεθάνει πριν να βρει καλύτερους ενοικιαστές - ένα σενάριο που έχει αποδεκατιστεί οικοσυστήματα υφάλων γύρω από τον πλανήτη.
Ο Levin ήθελε να λύσει αυτό το πρόβλημα, δημιουργώντας μια απλή συνταγή για την κατασκευή ενός super-symbiont που θα μπορούσε να αναδημιουργήσει λευκασμένα κοράλλια και να τους βοηθήσει να επιμείνουν στην κλιματική αλλαγή - ουσιαστικά, οι τέλειοι ενοικιαστές. Αλλά έπρεπε να αρχίσει μικρή. Εκείνη τη στιγμή, «υπήρχαν τόσες πολλές τρύπες και κενά που μας εμπόδιζαν να προχωρήσουμε», λέει. "Το μόνο που ήθελα να κάνω ήταν να δείξω ότι θα μπορούσαμε να σχεδιάσουμε γενετικά το [ Symbiodinium ]".
Ακόμα κι αυτό θα αποδειχθεί μια ψηλή τάξη. Η πρώτη πρόκληση ήταν ότι, παρά το γεγονός ότι είναι ένας μονοκύτταρος οργανισμός, το Symbiodinium έχει ένα δυσκίνητο γονιδίωμα. Συνήθως οι συμβιωτικοί οργανισμοί έχουν βελτιστοποιημένα γονιδιώματα, επειδή βασίζονται στους οικοδεσπότες τους για τις περισσότερες από τις ανάγκες τους. Ωστόσο, ενώ άλλα είδη έχουν γονιδιώματα περίπου 2 εκατομμυρίων ζευγών βάσεων, το γονιδίωμα του Symbiodinium είναι 3 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο.
"Είναι τεράστια, " λέει ο Levin. Στην πραγματικότητα, ολόκληρο το ανθρώπινο γονιδίωμα είναι μόνο ελαφρώς λιγότερο από 3 φορές μεγαλύτερο από το Symbiodinium 's.
Ακόμη και μετά την πρόοδο της αλληλουχίας του DNA που έκανε την αποκρυπτογράφηση αυτών των γονιδιωμάτων δυνατών, οι επιστήμονες δεν είχαν ακόμα ιδέα για το 80% των γονιδίων. «Χρειαζόμασταν να επιστρέψουμε και να βάλουμε μαζί το γονίδιο που έκανε αυτό σε αυτόν τον οργανισμό» λέει ο Levin. Ένα μέλος μιας ομάδας φυτοπλαγκτόν που ονομάζεται dinoflagellates, το Symbiodinium είναι απίστευτα διαφορετικό. Η Levin έστρεψε την προσοχή της σε δύο βασικά στελέχη Symbiodinium που θα μπορούσε να αναπτυχθεί στο εργαστήριό της.
Το πρώτο στέλεχος, όπως και τα περισσότερα Symbiodinium, ήταν ευάλωτο στις υψηλές θερμοκρασίες που προκαλούν λεύκανση των κοραλλιών. Σηκώστε το θερμαντικό κουμπί με μερικές εγκοπές, και αυτό το critter ήταν τοστ. Αλλά το άλλο στέλεχος, το οποίο είχε απομονωθεί από τα σπάνια κοράλλια που ζουν στα πιο θερμά περιβάλλοντα, φαινόταν να είναι αδιαπέραστο στη ζέστη. Αν μπορούσε να καταλάβει πώς αυτά τα δύο στελέχη εξασφάλιζαν τα γονίδια τους κατά τη διάρκεια των συνθηκών λεύκανσης, τότε θα μπορούσε να βρει τα γενετικά κλειδιά για να σχεδιάσει μια νέα υπερένταση.
Όταν ο Levin εμφάνισε τη ζέστη, είδε ότι το ανθεκτικό Symbiodinium κλιμάκωσε την παραγωγή αντιοξειδωτικών και πρωτεϊνών θερμικού σοκ, οι οποίες βοηθούν στην αποκατάσταση της κυτταρικής βλάβης που προκαλείται από τη θερμότητα. Δεν ήταν έκπληξη το γεγονός ότι το συνηθισμένο Symbiodinium δεν το έκανε. Ο Levin στη συνέχεια έστρεψε την προσοχή του στο να βρει έναν τρόπο να εισαγάγει περισσότερα αντίγραφα αυτών των κρίσιμων γονιδίων υπέρτασης θερμότητας στο ασθενέστερο Symbiodinium, δημιουργώντας έτσι ένα στέλεχος προσαρμοσμένο να ζει με κοράλλια από εύκρατες περιοχές - αλλά με τα εργαλεία για να επιβιώσει από τη θέρμανση των ωκεανών.
Η απόκτηση νέου DNA σε κυτταρικό dinoflagellate δεν είναι εύκολο έργο. Ενώ είναι μικροσκοπικά, αυτά τα κύτταρα προστατεύονται από θωρακισμένες πλάκες, δύο κυτταρικές μεμβράνες και ένα κυτταρικό τοίχωμα. "Μπορείτε να περάσετε εάν πιέσετε αρκετά" λέει ο Levin. Αλλά και πάλι, μπορεί να καταλήξετε να σκοτώσετε τα κελιά. Έτσι, ο Levin ζήτησε βοήθεια από έναν απίθανο συνεργάτη: έναν ιό. Εξάλλου, οι ιοί "έχουν εξελιχθεί για να είναι σε θέση να βάλουν τα γονίδιά τους στο γονιδίωμα του ξενιστή τους - έτσι επιβιώνουν και αναπαράγονται", λέει.
Ο Levin απομόνωσε έναν ιό που μολύνει το Symbiodinium και το τροποποίησε μοριακά έτσι ώστε να μην σκοτώνει πλέον τα κύτταρα. Αντ 'αυτού, το ανέπτυξε για να είναι ένα καλοήθες σύστημα χορήγησης για τα γονίδια που αντέχουν στη θερμότητα. Στο βιβλίο της, ο Levin υποστηρίζει ότι το ωφέλιμο φορτίο του ιού θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει την CRISPR, την τεχνική επεξεργασίας γονιδίων που βασίζεται σε μια φυσική διαδικασία που χρησιμοποιείται από τα βακτηρίδια, για να κόψει και να επικολλήσει αυτά τα επιπλέον γονίδια σε μια περιοχή του γονιδιώματος του Symbiodinium όπου θα ήταν πολύ εκφράζεται.
Ακούγεται αρκετά απλή. Αλλά η ταλαιπωρία με ένα ζωντανό οικοσύστημα δεν είναι ποτέ απλή, λέει ο Dustin Kemp, καθηγητής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα στο Μπέρμιγχαμ, ο οποίος μελετά τις οικολογικές επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής σε κοραλλιογενείς υφάλους. "Είμαι πολύ υπέρ αυτών των λύσεων για τη διατήρηση και γενετική βοήθεια", λέει ο Kemp. Αλλά "η ανοικοδόμηση των υφάλων που χρειάστηκαν χιλιάδες χρόνια για να διαμορφωθεί θα είναι ένα πολύ δύσκολο έργο".
Λαμβάνοντας υπόψη την εντυπωσιακή ποικιλομορφία των στελεχών Symbiodinium που ζουν μέσα σε ένα μόνο κοραλλιογενές είδος, ακόμα κι αν υπήρχε ένα ισχυρό σύστημα γενετικής τροποποίησης, το Kemp αναρωτιέται αν θα μπορούσε ποτέ να σχεδιαστεί αρκετά διαφορετικό super-Symbiodinium για να αποκατασταθεί αυτή η ποικιλομορφία. "Αν ξεκαθαρίσετε ένα παλιό αναπτυγμένο δάσος και στη συνέχεια βγούμε έξω και φυτέψουμε μερικά πεύκα, είναι πραγματικά η εξοικονόμηση ή η ανακατασκευή του δάσους;", λέει ο Kemp, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Αλλά η Kemp συμφωνεί ότι οι ύφαλοι πεθαίνουν με ανησυχητικό ρυθμό, πολύ γρήγορο για να διατηρηθεί η φυσική εξέλιξη του Symbiodinium . «Εάν τα κοράλλια εξελίχθηκαν γρήγορα για να χειριστούν τα [ζεστά νερά], νομίζετε ότι θα το είχαμε δει μέχρι τώρα», λέει.
Ο Θωμάς Mock, ένας θαλάσσιος μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Ανατολικής Αγγλίας στο Ηνωμένο Βασίλειο και πρωτοπόρος στην γενετική τροποποίηση του φυτοπλαγκτόν, επισημαίνει επίσης ότι η βιολογία του dinoflagellate εξακολουθεί να είναι σε μεγάλο βαθμό εμπυρευόμενη στο μυστήριο. «Για μένα, αυτό το βρωμάει», λέει. "Αλλά αυτό ξεκινά συνήθως. Το προκλητικό επιχείρημα είναι πάντα καλό - είναι πολύ δύσκολο, αλλά ας ξεκινήσουμε κάπου και να δούμε τι μπορούμε να πετύχουμε ». Πρόσφατα, το CSIRO, τμήμα επιστημονικής επιστήμης της Αυστραλιανής κυβέρνησης, ανακοίνωσε ότι θα χρηματοδοτήσει εργαστήρια για να συνεχίσει να ερευνά τις γενετικές τροποποιήσεις των κοραλλιογενών συμβιτών.
Όταν πρόκειται για την ανθρώπινη υγεία - για παράδειγμα, η προστασία των ανθρώπων από καταστροφικές ασθένειες όπως η ελονοσία ή οι επιστήμονες Zika ήταν πρόθυμες να δοκιμάσουν πιο δραστικές τεχνικές, όπως η απελευθέρωση κουνούπι γενετικά προγραμματισμένων να μεταδώσουν θανατηφόρα γονίδια. Οι γενετικές τροποποιήσεις που απαιτούνται για τη διάσωση των κοραλλιών, υποστηρίζει ο Levin, δεν θα ήταν σχεδόν τόσο ακραίες. Προσθέτει ότι απαιτούνται πολύ πιο ελεγχόμενες εργαστηριακές δοκιμές προτού να γεννηθεί το γενετικά τροποποιημένο Symbiodinium στο περιβάλλον για να αποκατασταθεί ο θάνατος κοραλλιογενών υφάλων.
«Όταν μιλάμε» γενετικά τροποποιημένο, «δεν αλλάζουμε σημαντικά αυτά τα είδη», λέει. "Δεν κάνουμε εξαιρετικά μεταλλαγμένα πράγματα. Το μόνο που προσπαθούμε να κάνουμε είναι να τους δώσουμε ένα επιπλέον αντίγραφο ενός γονιδίου που έχουν ήδη για να τους βοηθήσουν ... δεν προσπαθούμε να είμαστε τρελοί επιστήμονες ».
