В Австралии выводят жароустойчивые кораллы

Быстрые изменения условий обитания приводят к вымиранию видов, которые не могут адаптироваться или мигрировать в другие условия. Австралийские ученые исследовали потенциал селекционного разведения кораллов для повышения их устойчивости к повышенной температуре воды. Вспомогательная эволюция (assisted evolution) — подход, который в ускоренном темпе увеличивает частоту аллелей устойчивости к жаре, отмечают они.

Высокие температуры вызывают обесцвечивание кораллов, то есть нарушение симбиотических отношений между коралловым полипом и его динофлагеллятами (представителями семейства Symbiodiniaceae), которое часто приводит к гибели коралла. События обесцвечивания в 2016, 2017 и 2020 гг., как предполагается, сократили коралловый покров Большого Барьерного рифа на 9,8, 5,5 и 11,8% соответственно, численность личинок — на 26, 50 и 71%. Массовое обесцвечивание кораллов в 2024 году, усугубленное циклонами, затоплением рифов пресной водой и размножением морских звезд акантастеров (терновых венцов), которые питаются полипами кораллов, привело к сокращению кораллового покрова Большого Барьерного рифа на 14–30%, отдельных рифов — на 70,8%. При сценарии глобального повышения температуры на 1,5°C рифовые убежища — районы, не затронутые климатическим стрессом — станут крайне редкими, а при повышении на 2°C они могут исчезнуть.

В качестве методов получения жароустойчивых популяций авторы статьи в Science Advance протестировали селекционное разведение кораллов и экспериментальную эволюцию симбиотических динофлагеллят. Выращенные вне организма хозяина Symbiodiniaceae могут подвергаться отбору (т.е. экспериментальной эволюции) для получения штаммов, адаптированных к более высоким температурам. Предполагается, что заселение коралла-хозяина термостойкими штаммами повысит термостойкость голобионта (симбиотического организма). Такой эффект действительно  был достигнут, однако неясно, может ли он быть воспроизведен для широкого разнообразия видов кораллов. Согласно новым результатам, он может не воспроизводиться даже внутри вида.

Экземпляры оленерогого коралла Acropora spathulata собрали с двух участков Большого Барьерного рифа (рифы Дэвис и Мур). Их термостойкость оценили с помощью экспресс-тестов, основанных на фотохимической эффективности динофлагеллят в условиях теплового стресса. (С помощью флуориметра измеряли показатель эффективности фотосинтеза Fv/Fm в условиях темновой адаптации — более высокие его значения говорят о лучшей эффективности, а если она не снижается при повышенной температуре, это признак термостойкости. Количественной мерой была ED50 — температура, при которой Fv/Fm снижается вдвое по сравнению с максимальной среднемесячной температурой в месте обитания колонии.) Кораллы с рифа Мур оказались более термочувствительными.

Затем авторы провели скрещивание, объединив яйцеклетки и сперматозоиды особей из колоний с различными характеристиками: жароустойчивых (верхние 25% по ED50); умеренно чувствительных, чувствительных и в качестве контроля — всех колоний, которые нерестились одновременно; таким образом, для каждой локации создали четыре группы.

Полученное потомство инокулировали симбионтами Cladocopium proliferum — дикого типа либо симбионтами, эволюционировавшими под воздействием тепла. Чтобы подтвердить, что новые коралловые голобионты содержат именно этих симбионтов, а не полученных из окружающей среды, использовали метабаркодирование — секвенировали последовательности внутреннего транскрибируемого спейсера 2 (ITS2) динофлагеллят. Примесь других родов семейства Symbiodiniaceae была обнаружена, но в незначительных количествах.

После этого кораллы выращивали в течение двух месяцев при температуре 28°C (нормальная температура окружающей среды) или 32°C (повышение, которое может произойти при плохих сценариях изменения климата). Результат был неожиданным: селективное разведение повысило устойчивость к обесцвечиванию, выживаемость и рост молоди при температуре 32°C для кораллов рифа Дэвис, но не рифа Мур — для последних эффекты были ограниченными. Причиной могут быть генетические факторы, материнских эффектов и/или акклиматизации.

Теоретически для целей селекции можно использовать генетические маркеры кораллов, однако термостойкость у кораллов имеет полигенную природу, что осложняет разработку такого генетического инструмента. Авторы также подчеркивают, что генетические различия обитателей рифов Дэвис и Мур недостаточно изучены, но вряд ли велики из-за генного потока между ними. По их мнению, целью будущих исследований должно быть выявление фенотипических признаков кораллов, стабильно указывающих на наследуемую толерантность к жаре в разных популяциях.

Примечательно, что хотя симбионты, эволюционировавшие под воздействием высоких температур, повысили выживаемость и устойчивость к обесцвечиванию кораллов с рифа Дэвис при 32°C, но эти кораллы стали хуже расти при 28°C. Одно только селекционное разведение такого эффекта не оказывало.

Авторы отмечают, что молодые кораллы более устойчивы к тепловому стрессу, чем особи более старшего возраста. Также устойчивости могла способствовать слабая освещенность в условиях эксперимента. Они делают вывод, что экстраполировать результаты этого исследования нужно с осторожностью, поскольку они были получены в лаборатории, на ограниченном числе особей и с использованием одного штамма динофлагеллят; в других рифовых средах результаты могут отличаться.

Найден возбудитель инфекции, вызывающей массовую гибель морских звезд

Дисбиоз коралловых рифов мешает им восстанавливаться