Οι κοραλλιογενείς ύφαλοι, οι καταπράσινοι βιότοποι που φιλοξενούν ίσως το ένα τέταρτο των ειδών του ωκεανού, πεθαίνουν με ανησυχητικό ρυθμό. Τα Ηνωμένα Έθνη προβάλλουν ότι εάν οι θερμοκρασίες των ωκεανών αυξάνονται όπως προβλέπεται, κανένας από τους 29 υφάλους που έχουν χαρακτηριστεί ως μνημεία παγκόσμιας κληρονομιάς της UNESCO θα εξακολουθήσει να φιλοξενεί λειτουργικά οικοσυστήματα μέχρι το έτος 2100. Τέτοιες δύσκολες πιθανότητες ώθησαν τους επιστήμονες να προετοιμαστούν για το χειρότερο, .
Χρησιμοποιώντας ένα αντιψυκτικό διάλυμα φορτωμένο με σωματίδια χρυσού και λέιζερ ταχείας απόψυξης, μια ομάδα με βάση τη Χαβάη κρυογονικά κατεψυγμένη και επιτυχώς αποψύχθηκε για πρώτη φορά κοραλλιογενείς προνύμφες. Η επανάσταση θα μπορούσε να επιτρέψει τη βιοαποικοδόμηση των κοραλλιογενών ειδών για τη διατήρηση της εξαφανισμένης ποικιλομορφίας των υφάλων σε όλο τον κόσμο. Τα κρυογονικά στοιχεία θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν τις προσπάθειες αποκατάστασης διατηρώντας ένα παγωμένο απόθεμα κοραλλιογενών προνυμφών, έτοιμο να επανατοποθετήσει νεκρούς ή πεθαμένους υφάλους.
"Μπορούμε να παγώσουμε τις προνύμφες, να τους φέρουμε πίσω και είναι ζωντανοί", λέει η Mary Hagedorn, βιολόγος κοραλλιών από το Smithsonian Conservation Biology Institute (SCBI). Τα επόμενα βήματα, σημειώνει, είναι η διασφάλιση ότι τα κοράλλια μπορούν να λειτουργήσουν βιώσιμα σε έναν ύφαλο και να κλιμακώσουν τη διαδικασία για να δουλέψουν σε τεράστιο αριθμό κοραλλιών.
Συντοπιστικές εικόνες προνύμφων της ημέρας 3 που δείχνουν φθορισμό από την GFP (αριστερά) και κατανομή των επικαλυμμένων με το DyLight σωματιδίων nanorod χρυσού που περιβάλλουν την προνύμφη στο κρυοπροστατευτικό (δεξιά). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Ο Hagedorn συνεργάστηκε με την έρευνα που δημοσιεύθηκε πρόσφατα σε επιστημονικές εκθέσεις που περιγράφουν λεπτομερώς πώς οι προνύμφες των κοραλλιών των μανιταριών ( Fungia scutaria ) με επιτυχία καταψύχωσαν και αναζωπυρώθηκαν για να αναπτυχθούν κανονικά και να κολυμπήσουν μέχρι και 12 ώρες. Οι επιστήμονες θα είναι ενθουσιασμένοι εάν οι απολιθωμένοι κοραλλιογενείς ύφαλοι του κόσμου θα μπορούσαν να απολαύσουν μια τόσο επιτυχημένη δεύτερη πράξη.
Οι ύφαλοι και η κλιμακωτή βιοποικιλότητα που φιλοξενούνται βρίσκονται υπό πολιορκία από ένα ταχέως μεταβαλλόμενο κλίμα. Οι εκτεταμένες συνέπειες ακόμη και για τους ανθρώπους του χλοοτάπητα περιλαμβάνουν μειωμένες προμήθειες τροφίμων και καταστροφική διάβρωση των κατοικημένων ακτών. Και οι μεγάλοι θάνατοι των νεφρών δεν είναι απλώς θέμα προβολής, είναι ήδη πραγματικότητα. Μια τεράστια εκδήλωση λεύκανσης των κοραλλιών για το 2014-17 τόνισε το 75% των υφάλων του κόσμου και σκότωσε περίπου το 30% των κοραλλιών στο φημισμένο Great Barrier Reef. Τέτοια επεισόδια γίνονται τόσο συχνά που η πρόσφατη αξιολόγηση του κλίματος της χώρας δείχνει ότι η λεύκανση των κοραλλιών θα είναι ένα ετήσιο γεγονός στα νησιά της Χαβάης και την αμερικανική Σαμόα μέχρι το 2040.
Τα κοράλλια μπορούν να προσαρμοστούν σε μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα, αλλά σε ορισμένα σημεία ο ρυθμός είναι απλά πάρα πολύ γρήγορος. Η πιθανότητα παγοποίησης και αναζωογόνησης μπορεί να σας βοηθήσει να αγοράσετε κάποιο χρόνο.
Φθοροφλολοϊνική χρώση: Ποικίλες φθορίζουσες μικροσκοπικές εικόνες φλολοϊδίνης με ανάπτυξη νυμφών F. scutaria βαμμένων για ακτίνη. (Smithsonian Conservation Biology Institute) Η κατάψυξη των κοραλλιών ήταν σχετικά εύκολη, λέει ο Hagedorn. Οι προνύμφες απλά βυθίστηκαν σε υγρό άζωτο αφού υποβλήθηκαν σε αγωγή με έναν τύπο αντιψυκτικού προστασίας κρυοπροστασίας ειδικά σχεδιασμένο για να τους βοηθήσει να παγώσουν ομοιόμορφα χωρίς το σχηματισμό κρυστάλλων πάγου.
"Οι κρυστάλλους πάγου είναι πραγματικά η έμπνευσή μας", λέει. "Μπορεί να υπάρχουν μερικοί μικροσκοπικοί πυρήνες που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατάψυξης και μπορείτε να σκεφτείτε αυτούς σαν νιφάδες χιονιού. Αλλά δεν θέλετε οι νιφάδες χιονιού να μεγαλώνουν σε μεγαλύτερες ακτίνες πάγου που καταστρέφουν τα κύτταρα. "Αντίθετα, το πρόβλημα των κρυστάλλων πάγου είναι στην πραγματικότητα χειρότερο κατά τη διάρκεια της θέρμανσης των κατεψυγμένων δειγμάτων.
"Φανταστείτε το νερό, αργά παγώνοντας, και εκείνο το σημείο στο οποίο λίγοι κρύσταλλοι αναπτύσσονται ξαφνικά σχετικά γρήγορα σε παγωμένα κομμάτια καθώς παγώνουν", εξηγεί ο Jonathan Daly, επικεφαλής συγγραφέας στο χαρτί και ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης της SCBI και του Ινστιτούτου Ναυτικών της Χαβάης Βιολογία. "Αυτό συμβαίνει μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασιών και περνάτε από αυτό το εύρος όταν ψύχετε αλλά και όταν θερμαίνετε."
Ο περισσότερος κυτταρικός θάνατος συμβαίνει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης, αλλά οι επιστήμονες μπορούν να αποτρέψουν τη δημιουργία κρυστάλλων πάγου με απόψυξη των προνυμφών των κοραλλιών γρήγορα. Για να επιτύχει ταχύτητα, η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική που ο Hagedorn επινόησε στα έμβρυα της Zebrafish με μια γροθιά από στερεά χρυσά σωματίδια και φως λέιζερ.
Τα λέιζερ του Χόλιγουντ μπορεί να είναι αρκετά ζεστά ώστε να εξατμίσουν έναν αλλοδαπό, αλλά οι εργαστηριακές εκδόσεις δεν μπορούσαν να μεταφέρουν τη θερμότητα γρήγορα και ομοιόμορφα ώστε να ξεπαγώσουν ένα μικροσκοπικό έμβρυο χωρίς βοήθεια. Έτσι, οι επιστήμονες εισήγαγαν νανοσωματιδιακά σωματίδια που διανεμήθηκαν σε όλο το αντιψυκτικό διάλυμα, το οποίο απορρόφησε το φως από το λέιζερ και το μεταμόρφωσε σε θερμότητα που έφερε το κοράλλι με επιτυχία από το βαθύ ψύχος του. "Είναι απόψυξη μέσα σε ένα δευτερόλεπτο, " λέει ο Daly.
Jonathan Daly cryopreserving προνύμφες κοραλλιών. (Gary Cranitch / Ίδρυμα Great Barrier Reef) Η κατάψυξη βιώσιμων κοραλλιών έχει τη δυνατότητα να διατηρήσει τη μελλοντική βιοποικιλότητα διατηρώντας ολόκληρο το φάσμα της γενετικής των κοραλλιών. "Δεν έχουμε ιδέα πώς θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το υλικό σε 100 χρόνια, αλλά το κάνουμε αυτό τώρα, ενώ έχουμε ακόμα μεγάλη ποικιλομορφία στους υφάλους και το χάνουμε πολύ γρήγορα, είναι πραγματικά σημαντικό", λέει ο Hagedorn. Δεκατέσσερα είδη σπερματοζωαρίων και εμβρύων που συλλέχθηκαν στο Great Barrier Reef έχουν ήδη καταψυχθεί στον ζωολογικό κήπο Taronga Western Plains της Αυστραλίας και δέκα άλλα στο Εθνικό Πρόγραμμα Ζωικών Germplasm του USDA στο νησί Fort Collins,
Αυτό το αποθηκευμένο σπέρμα θα απαιτούσε ζευγάρωμα με ζωντανά αυγά, αλλά η Madeleine van Oppen, από το Αυστραλιανό Ινστιτούτο Θαλάσσιας Επιστήμης και το Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης, λέει ότι αυτό το επίτευγμα αλλάζει το παιχνίδι αποδεικνύοντας την ικανότητα να παγώσει έναν πλήρη οργανισμό ο οποίος ελπίζουμε να αποψυχθεί να ζουν και να μεγαλώνουν.
"Είναι πολύ σημαντικό να διατηρήσουμε την τρέχουσα γενετική ποικιλομορφία έτσι ώστε στο μέλλον να την χρησιμοποιήσουμε σαν μια τράπεζα σπόρων που έχει αναπτυχθεί για είδη καλλιέργειας", συνεχίζει ο Van Oppen. "Οι άνθρωποι μπορούν να επιστρέψουν και να κάνουν ένα απόθεμα καλλιεργειών που μπορεί να είναι πιο ανθεκτικά στην ξηρασία ή τη θερμότητα επειδή έχουν αυτή την τράπεζα γενετικής ποικιλότητας που τους επιτρέπει να το κάνουν αυτό. Αν λοιπόν μπορούμε να κάνουμε κάτι παρόμοιο με το Global Seal Vault για τα κοράλλια, αυτό θα είναι εξαιρετικά ισχυρό στο μέλλον. "
Δυστυχώς, αυτό το μέλλον δεν είναι ακόμα εδώ. Το κοράλλι των μανιταριών ήταν κατεψυγμένο επειδή οι προνύμφες ήταν μικρές και ήταν εύκολο να εργαστούν. Τώρα η ομάδα αμφισβητείται με μικροαλλαγές από την αντιψυκτική σύνθεση έως τις ρυθμίσεις λέιζερ, έτσι ώστε να μπορούν να διατηρηθούν και τα μεγαλύτερα κοράλλια των κώνων. "Πιστεύουμε ότι πρόκειται να είναι επεκτάσιμη", λέει ο Hagedorn.
Κοράλλι μανιταριών ενηλίκων (F. scutaria). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Μια άλλη πρόκληση είναι η εκτεταμένη επέκταση του μεγέθους της λειτουργίας, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποκατάσταση των υφάλων.
"Πρέπει να πάμε από το να παγώσουμε εκατοντάδες από αυτά τα πράγματα σε εκατοντάδες χιλιάδες για να πάρουμε ακόμη και κάποια κοράλλια για να ζήσουν σε έναν ύφαλο", λέει ο Hagedorn. Εάν αυτοί οι αριθμοί προνυμφών μπορούν να διατηρηθούν κρυογονικά, αυξάνει την πιθανότητα υπερβολικής επιβράδυνσης των αργών ρυθμών αναπαραγωγής των κοραλλιών. Η αναπαραγωγή των κοραλλιών συμβαίνει μόνο όταν οι συνθήκες είναι τέλειες, μία φορά το χρόνο και μόνο για μερικές ημέρες.
"Αν μπορέσουμε να δημιουργήσουμε ένα αποθετήριο αποθεμάτων κατεψυγμένων προνυμφών που θα μπορούσαμε να βγάλουμε από τον καταψύκτη κάθε φορά που θα χρειαζόταν να αποκαταστήσουμε έναν ύφαλο, αυτό θα μπορούσε να γίνει οποιαδήποτε εποχή του χρόνου, έτσι ώστε να μην περιορίζεστε σε μια εκδήλωση αναπαραγωγής κοραλλιών. Αυτό θα ήταν, φυσικά, απολύτως υπέροχο ", λέει ο van Oppen. "Αυτό θα ήταν ιδιαίτερα αληθές εάν θα μπορούσατε να το συνδυάσετε με μερικές από τις συνεχιζόμενες εργασίες για να προσπαθήσετε να αναπτύξετε αποθέματα κοραλλιών που είναι περισσότερο ανθεκτικά στη θερμότητα".
Η επανεισαγωγή κοραλλιών που παγώθηκαν κάποτε δεν μπορεί να αποδειχθεί ιδιαίτερα επιτυχής σε περιοχές όπου εξακολουθούν να υφίστανται οι συνθήκες που προκάλεσαν την καταστροφή των υφάλων. Αλλά αν βελτιωθούν τα περιβάλλοντα των κοραλλιών ή αν οι άνθρωποι μπορούν να δημιουργήσουν κοράλλια που είναι πιο ανθεκτικά στις μελλοντικές συνθήκες, υπάρχει μια καλή πιθανότητα να έχουμε έναν πληθυσμό κρυογονικών κοραλλιών απόψυξης και σέρβις που είναι έτοιμοι να εκμεταλλευτούν.
