Коралловые рифы-это красивые и разнообразные экосистемы, которые питают экономику многих прибрежных сообществ. Они также сталкиваются с угрозами, которые движут их упадком, включая потепление вод планеты. Эта угроза достигла экстремальных уровней в 2015 году, когда высокие температуры делали кораллы белыми по всему земному шару. Залив Канеохе на Гавайях сильно пострадал; почти половина его кораллов обесцвечена.

Однако после этого экстремального события были скрыты биохимические подсказки о том, почему некоторые кораллы обесцвечиваются, а другие устойчивы, информация, которая могла бы помочь рифам лучше переносить потепление воды в будущем. Эти улики были обнаружены исследователями из Мичиганского государственного университета и Гавайского университета в Маноа.

"Это было своего рода ужасно", - сказал коралловый биолог Кроуфорд Друри, который был свидетелем обесцвечивания 2015 года из Флориды, прежде чем присоединиться к Гавайскому институту морской биологии UH Manoa, или HIMB. - Смотреть на это неприятно, но я стараюсь думать об этом как о возможности."

Как это тревожное событие стало возможностью, теперь ясно благодаря отчету от 8 февраля в журнале Nature Ecology & Evolution, который демонстрирует руководство HIMB и биохимические знания МГУ.

Исследователи обнаружили химические сигнатуры в биологии кораллов, или биомаркеры, которые присутствуют в организмах, наиболее устойчивых к отбеливанию. Это ранее скрытое понимание может помочь исследователям и защитникам природы лучше восстанавливать и защищать рифы по всему миру.

"Обычно мы думаем о биомаркерах как о сигнатурах болезни, но это может быть сигнатурой здоровья", - сказал Роберт Куинн из МГУ, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии. "Это может помочь нам восстановить рифы с наиболее устойчивым запасом."

Кораллы-это симбиотические сообщества, где клетки коралловых животных строят дома для водорослей, которые обеспечивают их энергией и создают их цвета. Однако, когда кораллы обесцвечиваются, водоросли теряются и оставляют после себя скелеты, которые подвержены болезням и смерти.

Этот симбиоз также играет определенную роль в сопротивлении коралла и его устойчивости к обесцвечиванию, что ХИМБ имел уникальную возможность исследовать—буквально. Институт расположен прямо рядом с рифом, что позволяет проводить эксперименты в режиме реального времени.

-Риф примерно в ста футах отсюда,- сказал Друри. - Я могу быть там через 30 секунд."

Во время обесцвечивания в 2015 году исследователи из лаборатории кораллов Гейтса в ХИМБ пометили отдельные кораллы, чтобы следить за ними. Поскольку большая часть кораллов восстановилась, команда могла следить за ними в течение долгого времени.

-Мы думаем о ней как о биологической библиотеке, - сказал Друри, главный исследователь коралловой лаборатории Гейтса. - Он был создан исследователями в нашей лаборатории, которые знали, что он будет очень ценным."

После обесцвечивания команда сравнила и сравнила образцы кораллов в дикой природе, отметив, как организмы реагировали и восстанавливались, сделав несколько удивительных наблюдений по пути. Например, соседние кораллы могут вести себя совершенно по-разному в ответ на высокие температуры. Один коралл мог полностью обесцвечиваться, в то время как его сосед сохранял здоровый золотистый оттенок.

Чтобы понять, почему, Друри и ХИМБ постдокторский исследователь Тай Роуч, ведущий автор исследования, отправили образцы Куинну в МГУ. Здесь Куинн и его команда могли тщательно проанализировать биохимию кораллов, собранных из этой биологической библиотеки, используя метод, называемый метаболомикой.

"Я больше известен своей медицинской работой", - сказал Куинн, который изучает биохимию здоровья и болезней у людей. - Но я всегда любил океанологию. Мое образование связано с морской микробиологией."

Если образцы кораллов-это книги в библиотеке, то лаборатория Куинна использовала сложное оборудование, чтобы выявить биохимический язык внутри. В частности, его команда использовала инструменты, известные как масс-спектрометры, чтобы понять, что отличает устойчивые кораллы от восприимчивых.

- Кораллы совершенно разные по химическому составу, но этого нельзя сказать, пока не проверишь масс-спектрометр, - сказал Куинн. -Эти массовые спецификации - одна из самых передовых технологий на планете."

Команда Куинна обнаружила, что кораллы, устойчивые к обесцвечиванию, и те, которые были восприимчивы, содержали два разных сообщества водорослей. Отличительная черта между этими популяциями водорослей была обнаружена в их клетках, в соединениях, известных как липиды.

Метаболомный анализ исследователей выявил два различных состава липидов. Устойчивые к отбеливанию кораллы отличались водорослями, которые имеют то, что известно как насыщенные липиды. Восприимчивые кораллы имели больше ненасыщенных липидов.

"Это похоже на разницу между маслом и маргарином, последний имеет больше насыщенного жира, что делает его твердым при комнатной температуре", - сказал Куинн.

Это открытие ставит перед исследователями множество новых вопросов: как кораллы получают эти различные водоросли? Является ли это различие уникальным для гавайских кораллов или оно может быть найдено где-то еще? Как исследователи могут способствовать росту и распространению устойчивых кораллов в условиях потепления?

"Массовые спецификации-это такие невероятные машины и раскрывают сложные детали химии, связанной с ними. Биология-это действительно трудная часть, - сказал Куинн. - Мы работаем над новыми грантами. Есть так много путей, чтобы исследовать."

Этот первоначальный проект финансировался фондом Пола Г. Семейный фонд Аллена.

"Это сотрудничество стало прекрасной возможностью задавать вопросы и отвечать на них", - сказал Друри. - Надеюсь, мы только начали."

В то же время наличие этой химической информации является перспективным для сохранения кораллов. Когда защитники природы пересаживают кораллы, чтобы помочь восстановить рифы, они потенциально могут выбрать более устойчивые образцы.

"Мы можем использовать естественную устойчивость, чтобы лучше понимать, поддерживать и управлять коралловыми рифами в условиях изменения климата", - сказал Друри.

- Биология сохранения имеет несколько наиболее успешных историй в современной научной истории, - сказал Куинн, указывая на возрождение лосей в Вирджинии и белоголовых орлов в Мичигане. - Когда-нибудь, может быть, мы сможем добавить кораллы к этому списку."

ИСТОЧНИК