Un recif de corali durează mii de ani pentru a se construi, dar poate dispărea într-o clipă.
Continut Asemanator
- Coralii cu ape adânci strălucesc pentru viața lor
- Cel mai recent eveniment de albire se poate termina, dar recifurile sunt încă în pericol
Vinovatul este, de obicei, albirea coralilor, o boală exacerbată de apele încălzitoare care astăzi amenință recifele de pe glob. Cel mai grav eveniment de albire înregistrat a lovit Pacificul de Sud între 2014 și 2016, când creșterea temperaturilor oceanice, urmată de un influx brusc de ape calde de El Niño a traumatizat Marea Barieră de Corali. În doar un sezon albirea a decimat aproape un sfert din vastul ecosistem, care odată a întins aproape 150.000 de mile pătrate prin Marea Coral.
„La fel de groaznic, acel eveniment de albire a fost un apel de trezire”, spune Rachel Levin, biolog biolog care a propus recent o tehnică îndrăzneață pentru salvarea acestor ecosisteme cheie. Ideea ei, publicată în revista Frontiers in Microbiology, este simplă: în loc să găsească simbionți sănătoși pentru a repopula coralul înalțit în natură, inginer-i în laborator. Având în vedere că acest lucru ar necesita modificarea în mod semnificativ a naturii, propunerea este probabil să stârnească apele controversate.
Dar Levin susține că, odată cu expirarea timpului pentru recifurile din întreaga lume, valoarea potențială ar putea foarte bine să merite riscul.
Levin a studiat farmacologia cancerului ca licențiat, dar a devenit fascinat de amenințările cu care se confruntă viața acvatică, în timp ce obișnuia în cursurile de științe marine. Ea a fost lovită de faptul că, spre deosebire de cercetările asupra bolilor umane, au existat mult mai puțini cercetători care luptau pentru a restabili sănătatea oceanelor. După ce a absolvit studiile, s-a mutat din California în Sydney, Australia pentru a urma un doctorat. la Centrul pentru Bio-Inovare Marine din Universitatea din New South Wales, cu speranța de a-și aplica expertiza în cercetarea bolilor umane la corali.
În medicină, adesea, amenințarea unei boli grave este necesară pentru cercetători de a încerca un tratament nou și controversat (adică îmbinarea ouălor sănătoase ale două femei cu sperma unui bărbat pentru a face un „copil cu trei părinți”). Același lucru este valabil și în știința mediului - într-o măsură. „Ca o boală cumplită [la] oameni, când oamenii își dau seama cât de tristă este situația cercetătorilor încep să încerce să propună mult mai multe”, spune Levin. Cu toate acestea, atunci când vine vorba de economisirea mediului înconjurător, există mai puțini avocați dispuși să implementeze tehnici riscante, de pământ.
Când vine vorba de recifuri - regiuni marine cruciale care adăpostesc o cantitate uimitoare de diversitate, precum și care protejează masele de teren de suprasolicitări, inundații și eroziune - această ezitare ar putea fi fatală.
Albirea coralilor este adesea prezentată ca moartea coralului, ceea ce este un pic înșelător. De fapt, este defalcarea uniunii simbiotice care permite unui coral să prospere. Animalul coral în sine este ca un dezvoltator de clădiri care construiește schela unui complex de apartamente înalte. Dezvoltatorul închiriază fiecare dintre miliarde de camere microbilor fotosintetici unicelulari numiți Symbiodinium.
În acest caz, în schimbul unui loc sigur pentru a trăi, Symbiodinium face hrană pentru coral folosind fotosinteză. În schimb, un coral albit este ca o clădire pustie. Fără chiriași care să-și facă mesele, coralul moare în cele din urmă.
Desi albirea poate fi mortala, este de fapt o strategie evolutiva inteligenta a coralului. Symbiodinium este de așteptat să își mențină sfârșitul negocierii. Dar când apa se încălzește prea mult, ei încetează fotosintezarea. Când acea mâncare devine rară, coralul trimite o notificare de evacuare. „Este ca și cum ai avea un chiriaș rău - vei scăpa de ceea ce ai și vei vedea dacă poți găsi mai bine”, spune Levin.
Dar, deoarece oceanele continuă să se încălzească, este mai greu și mai greu să găsești chiriași buni. Asta înseamnă că evacuările pot fi riscante. Într-un ocean care se încălzește, animalul de coral ar putea muri înainte să găsească chiriași mai buni - un scenariu care a decimat ecosistemele recifului de pe planetă.
Levin a dorit să rezolve această problemă, creând o rețetă simplă pentru construirea unui super-simbol, care ar putea repopula coralii înalți și să-i ajute să persiste prin schimbările climatice - în esență, chiriașii perfecti. Dar trebuia să înceapă de mic. La vremea respectivă, „au fost atât de multe găuri și goluri care ne-au împiedicat să mergem înainte”, spune ea. „Tot ce am vrut să fac a fost să arăt că am putea inginer genetic [ Symbiodinium ]”.
Chiar și asta s-ar dovedi a fi o comandă înaltă. Prima provocare a fost aceea că, în ciuda faptului că este un organism unicelular, Symbiodinium are un genom nestatornic . De obicei, organismele simbiotice au eficientizat genomii, deoarece se bazează pe gazdele lor pentru majoritatea nevoilor lor. Cu toate că, în timp ce alte specii au genomi de aproximativ 2 milioane de perechi de baze, genomul Symbiodinium este mai mare cu 3 ordine.
„Sunt smeriți”, spune Levin. De fapt, întregul genom uman este doar puțin mai mic de 3 ori mai mare decât cel al lui Symbiodinium .
Chiar și după ce progresele în secvențierea ADN-ului au făcut posibilă descifrarea acestor genomi, oamenii de știință încă nu aveau idee pentru ce erau 80% din gene. „Aveam nevoie să facem un backtrack și să unim ce genă făcea ceea ce în acest organism”, spune Levin. Membru al unui grup de fitoplancton numit dinoflagelate, Symbiodinium sunt incredibil de diverse. Levin și-a îndreptat atenția asupra a două tulpini cheie de Symbiodinium pe care le-ar putea crește în laboratorul ei.
Prima tulpină, la fel ca majoritatea Symbiodinium, a fost vulnerabilă la temperaturile ridicate care provoacă albirea coralilor. Ridicați cadranul de căldură câteva crestături, iar acest critter a fost prăjit. Dar cealaltă tulpină, care fusese izolată de coralii rari care trăiesc în mediile cele mai calde, părea a fi impermeabilă la căldură. Dacă și-ar putea da seama cum aceste două tulpini își purtau genele în timpul condițiilor de albire, atunci ar putea găsi cheile genetice ale ingineriei unei noi super-tulpini.
Când Levin a extins căldura, a văzut că Symbiodinium rezistent își crește producția de antioxidanți și proteine de șoc termic, care ajută la repararea daunelor celulare cauzate de căldură. Nu este surprinzător că Symbiodinium normal nu. Apoi, Levin și-a îndreptat atenția asupra imaginării unei modalități de a insera mai multe copii ale acestor gene cruciale care tolerează căldura în Symbiodinium mai slab, creând astfel o tulpină adaptată să trăiască cu corali din regiunile temperate - dar cu instrumentele pentru a supraviețui oceanelor de încălzire.
Obținerea ADN-ului nou într-o celulă dinoflagelată nu este o sarcină ușoară. Deși mici, aceste celule sunt protejate de plăci blindate, de două membrane celulare și de un perete celular. „Poți trece dacă apasă destul de tare”, spune Levin. Dar, din nou, s-ar putea să sfârșiți prin a ucide celulele. Așa că Levin a solicitat ajutorul unui colaborator puțin probabil: un virus. La urma urmei, virușii „au evoluat pentru a-și putea pune genele în genomul gazdei lor - așa supraviețuiesc și se reproduc”, spune ea.
Levin a izolat un virus care a infectat Symbiodinium și l-a modificat molecular, astfel încât să nu mai omoare celulele. În schimb, a proiectat-o pentru a fi un sistem benign de livrare pentru acele gene care tolerează căldura. In lucrarea ei, Levin sustine ca sarcina utila a virusului ar putea folosi CRISPR, tehnica avansata de editare a genelor care se bazeaza pe un proces natural folosit de bacterii, pentru a taia si insera acele gene suplimentare intr-o regiune a genomului Symbiodinium unde ar fi extrem de mari exprimate.
Suna destul de simplu. Dar încurcarea cu un ecosistem viu nu este niciodată simplă, spune Dustin Kemp, profesor de biologie la Universitatea Alabama din Birmingham, care studiază impacturile ecologice ale schimbărilor climatice asupra recifelor de corali. „Sunt foarte în favoarea acestor soluții pentru conservarea și ajutorul genetic”, spune Kemp. Dar „reconstruirea recifurilor care au durat mii de ani să se formeze va fi o sarcină foarte descurajantă”.
Având în vedere diversitatea uluitoare a tulpinilor Symbiodinium care trăiesc într-o singură specie de corali, chiar dacă a existat un sistem robust de modificare genetică, Kemp se întreabă dacă ar fi vreodată posibil să se proiecteze suficient de multe super- Symbiodinium pentru a restabili această diversitate. „Dacă ați tăiat o pădure veche de creștere și apoi ieșiți și plantați câțiva pini, este cu adevărat salvarea sau reconstruirea pădurii?”, Întreabă Kemp, care nu a fost implicat în studiu.
Dar Kemp este de acord că recifele mor într-un ritm alarmant, prea repede pentru ca evoluția naturală a Symbiodinium să țină pasul. „Dacă coralii au evoluat rapid pentru a face față [apelor care se încălzesc], ați crede că am fi văzut până acum”, spune el.
Thomas Mock, un microbiolog marin de la Universitatea East Anglia din Marea Britanie și un pionier în modificarea genetică a fitoplanctonului, subliniază, de asemenea, că biologia dinoflagelatelor este încă în mare parte înglobată în mister. „Pentru mine asta se încurcă”, spune el. „Dar așa începe de obicei. Argumentul provocator este întotdeauna bun - este foarte dificil, dar să începem undeva și să vedem ce putem realiza. ”Recent, CSIRO, divizia științifică a guvernului australian, a anunțat că va finanța laboratoarele pentru a continua cercetarea modificărilor genetice în simboluri coralice.
Când vine vorba de sănătatea umană - de exemplu, protejarea oamenilor de boli devastatoare, cum ar fi malaria sau Zika - oamenii de știință au fost dispuși să încerce tehnici mai drastice, cum ar fi eliberarea țânțarilor programate genetic pentru a transmite gene letale. Levin susține că modificările genetice necesare pentru salvarea coralilor nu ar fi aproape la fel de extreme. Ea adaugă că este nevoie de teste de laborator mult mai controlate înainte ca Symbiodinium modificat genetic să poată fi eliberat în mediu pentru a repopula recifurile de corali muribunde.
„Când vorbim de„ proiectate genetic ”, nu schimbăm în mod semnificativ aceste specii, spune ea. „Nu facem lucruri extrem de mutante. Tot ce încercăm să facem este să le oferim o copie suplimentară a unei gene pe care deja trebuie să o ajute ... nu încercăm să fim oameni de știință nebuni. "
