Zrozumieć reakcje na stres powodujące blaknięcie raf koralowych
W tworzeniu swojej infrastruktury rafy koralowe polegają na symbiozie mikroalg ze zwapnionym zwierzęciem. Jednak zmiany klimatu zagrażają obecnie rafom koralowym na całym świecie, powodując dysfunkcję symbiotyczną zwaną „blaknięciem koralowców”. Podczas gdy naukowcy wiedzą, że blaknięcie jest reakcją specyficzną dla określonego gatunku i czynnika wywołującego stres, kluczowe reakcje komórkowe i międzykomórkowe pozostają niezbadane. Wiadomo, że w grę wchodzi tlenek azotu (NO) i nadtlenek wodoru (H2O2), ale ich źródła, wzajemne oddziaływanie i dynamika nie były wcześniej badane w środowisku koralowców. Dzięki wykorzystaniu kultur tkanek koralowców autorzy współfinansowanego ze środków UE projektu DENOCS byli po raz pierwszy w stanie opisać produkcję tlenku azotu charakterystyczną dla czynnika wywołującego stres w nienaruszonej symbiozie. Eksperymenty wykazały, że „typowe” czynniki wywołujące stres powodujący blaknięcie koralowców zapoczątkowały produkcję tlenku azotu w miejscu występowania mikroalg. Zespół wykazał również, że wystarczy niewielki stres, aby wywołać taką samą reakcję.
Zaburzenia symbiozy
Pod wpływem stresu środowiskowego symbioza między gospodarzem zwierzęcym (parzydełkowcami z rzędu korali madreporowych) i żyjącymi w ich tkankach mikroalgami z rodziny Symbiodiniaceae zostaje przerwana. Kiedy mikroalgi ulegają degradacji lub wydaleniu, widoczny pozostaje tylko biały, wyglądający na wyblakły szkielet koralowca pod niemal przezroczystym zwierzęciem. Jeśli stresujące warunki nie ustępują, koralowiec umiera. Wysokie temperatury na powierzchni morza w połączeniu z intensywnym światłem są kluczowymi czynnikami stresogennymi prowadzącymi do blaknięcia koralowców. Jednak różne gatunki mikroalg mogą różnie reagować na stres, a niektóre koralowce mogą regulować swoją odporność, wymieniając swój mikroalgalny symbiont na gatunki bardziej odporne na stres. W projekcie DENOCS zastosowano bioobrazowanie i wykrywanie mikrośrodowiska u koralowców poddanych stresowi, aby sprawdzić, czy zwierzę koralowe lub mikroalgi są głównymi producentami rodników komórkowych (H2O2 lub NO) w reakcji blaknięcia. Dzięki wykorzystaniu hodowli tkanek koralowców (z grzybowieńca) poddanych stresowi termicznemu i intensywnemu światłu w inkubacjach krótkoterminowych (6 godzin) i długoterminowych (24 godziny) można zmapować obecność i lokalizację tlenku azotu w układzie tkanek symbiotycznych pod mikroskopem konfokalnym, po dodaniu barwnika fluorescencyjnego reagującego na tlenek azotu. Zespół odkrył również, że niski poziom tlenu może stymulować produkcję szkodliwych rodników komórkowych, takich jak tlenek azotu. Odkryto też, że różne kultury mikroalgalne (Symbiodinium microadriaticum i S. tridactnidorum) różnie reagowały na stres wywołany przez tlenek azotu. „Kiedy koralowiec jest gospodarzem mikroalgi S. microadriaticum, a zwierzę uwalnia tlenek azotu jako reakcję na stres wywołany wysoką temperaturą lub intensywnym światłem, wydajność jego mikroalgalnego symbiontu zostaje obniżona. Oznacza to, że w porównaniu do koralowca zawierającego mniej wrażliwy na tlenek azotu mikroalgalny symbiont gospodarzowi zostanie przekazana mniejsza ilość energii”, wyjaśnia Verena Schrameyer, pracownik naukowy DENOCS.
Zarządzanie rafami koralowymi
Blaknięcie koralowców było wielokrotnie wymieniane przez badaczy i media jako jedna z najbardziej niszczycielskich konsekwencji zmian klimatu. Projekt DENOCS pomaga bardziej szczegółowo wyjaśnić, co się dzieje i jak niektóre z tych mechanizmów reakcji na stres przypominają te występujące u wyższych zwierząt. „Dzięki lepszemu zrozumieniu reakcji na stres nitrozacyjny i oksydacyjny u koralowców, projekt DENOCS pomaga w określeniu ilościowym stężeń progowych i prawdopodobnych miejsc oddziaływania na bardziej efektywne interwencje”, mówi Michael Kühl, koordynator projektu. Postęp technologiczny będący rezultatem projektu DENOCS można by wykorzystać w dalszych pracach w zakresie ekotoksykologii. Eksperymentalne techniki mogłyby zostać na przykład zastosowane w badaniach nad wpływem zanieczyszczeń środowiska, takich jak odcieki z tworzyw sztucznych czy inne ksenobiotyki na wytwarzanie rodników komórkowych i ich krytyczne progi w przypadku stresu koralowców.
Słowa kluczowe
DENOCS, koralowiec, zmiana klimatu, czynnik wywołujący stres, blaknięcie, bioróżnorodność, ekosystem, tlenek azotu, nadtlenek wodoru, korale madreporowe, symbioza, Symbiodiniaceae, mikroalgi, bioobrazowanie, czujniki
