Det tar tusenvis av år å bygge et korallrev, men kan forsvinne på et øyeblikk.
Relatert innhold
- Dypvannskoraller gløder for sine liv
- Den siste blekingstevnen kan være over, men skjær er fortsatt i fare
Den skyldige er vanligvis korallbleking, en sykdom forverret av oppvarmende farvann som i dag truer skjær rundt om i verden. Den verste registrerte blekehendelsen rammet Sør-Stillehavet mellom 2014 og 2016, da stigende havtemperaturer fulgt av en plutselig tilstrømning av varme El Niño-farvann traumatiserte Great Barrier Reef. På bare en sesong desimerte bleking nesten en fjerdedel av det enorme økosystemet, som en gang spredte seg nesten 150 000 kvadrat miles gjennom Korallhavet.
"Så forferdelig som det var, den blekingshendelsen var en vekker, " sier Rachel Levin, en molekylærbiolog som nylig foreslo en dristig teknikk for å redde disse viktige økosystemene. Ideen hennes, som er publisert i tidsskriftet Frontiers in Microbiology, er enkel: I stedet for å finne sunne symbioter for å repopulere bleket korall i naturen, må du konstruere dem i laboratoriet i stedet. Gitt at dette vil kreve tukling med naturen på en betydelig måte, vil forslaget sannsynligvis røre omstridt vann.
Men Levin argumenterer for at med tiden som går tom for skjær verden over, kan den potensielle verdien vel være verdt risikoen.
Levin studerte kreftfarmakologi som en bachelor, men ble fascinert av truslene mot akvatiske liv mens han dabbet i kurs innen marin vitenskap. Hun ble slått av det faktum at det, i motsetning til i menneskelig sykdomsforskning, var langt færre forskere som kjempet for å gjenopprette havets helse. Etter at hun ble uteksaminert, flyttet hun fra California til Sydney, Australia for å forfølge en doktorgrad. ved Center for Marine Bio-Innovation i University of New South Wales, med håp om å anvende sin ekspertise innen forskning om menneskelig sykdom på koraller.
I medisin tar det ofte trusselen om en alvorlig sykdom for forskere å prøve en ny og kontroversiell behandling (dvs. slå sammen to kvinners sunne egg med en manns sæd for å lage en "tre-foreldre baby"). Det samme gjelder miljøvitenskap - til en viss grad. "Som en fryktelig sykdom [hos] mennesker, når folk innser hvor vanskelig situasjonen blir, begynner forskere å prøve å foreslå mye mer, " sier Levin. Når det gjelder å redde miljøet, er det imidlertid færre talsmenn som er villige til å implementere risikable, banebrytende teknikker.
Når det gjelder skjær - avgjørende marine regioner som har en forbløffende mengde mangfoldighet og beskytter landmasser mot stormflo, oversvømmelser og erosjon - kan nøling være dødelig.
Korallbleking blir ofte presentert som død av koraller, noe som er litt misvisende. Egentlig er det sammenbruddet av den symbiotiske unionen som gjør at en korall kan trives. Koralldyret i seg selv er som en bygningsutvikler som konstruerer stillaser av et høyhusleilighetskompleks. Utvikleren leier ut hvert av milliarder rom til enscellede, fotosyntetiske mikrober kalt Symbiodinium.
Men i dette tilfellet, i bytte mot et trygt sted å bo, lager Symbiodinium mat til koraller ved hjelp av fotosyntesen. En bleket korall, derimot, er som en øde bygning. Uten at leietakere skal lage måltider, dør koraller etter hvert.
Selv om bleking kan være livsfarlig, er det faktisk en smart evolusjonsstrategi for koraller. Symbiodiniumet forventes å opprettholde slutten av avtalen. Men når vannet blir for varmt, slutter de å fotosyntesen. Når den maten blir knapp, sender koraller en varsel om utkastelse. "Det er som å ha en dårlig leietaker - du kommer til å bli kvitt det du har og se om du kan finne det bedre, " sier Levin.
Men når havene fortsetter å varme, er det vanskeligere og vanskeligere å finne gode leietakere. Det betyr at utkast kan være risikabelt. I et oppvarmende hav kan koraldyret dø før det kan finne noen bedre leietakere - et scenario som har desimert revøkosystemer rundt planeten.
Levin ønsket å løse dette problemet, ved å lage en enkel oppskrift for å bygge en supersymbiont som kunne gjengjelde blekede koraller og hjelpe dem å vedvare gjennom klimaendringer - egentlig de perfekte leietakere. Men hun måtte begynne i det små. På den tiden, "var det så mange hull og hull som hindret oss i å gå videre, " sier hun. "Alt jeg ønsket å gjøre var å vise at vi kunne genetisk manipulere [ Symbiodinium ]."
Selv det skulle vise seg å være en høy ordre. Den første utfordringen var at Symbiodinium, til tross for at det er en encellede organismer, har et ubehagelig genom. Vanligvis har symbiotiske organismer strømlinjeformede genomer, siden de er avhengige av vertene sine for de fleste av deres behov. Likevel, mens andre arter har genom på rundt 2 millioner basepar, er Symbiodiniums genom 3 størrelsesorden større.
"De er humongøse, " sier Levin. Faktisk er hele menneskets genom bare litt mindre enn tre ganger så stort som Symbiodiniums .
Selv etter at fremskritt i DNA-sekvensering gjorde det mulig å dechiffrere disse genomene, hadde forskere fortsatt ingen anelse om hva 80 prosent av genene var til. "Vi trengte å spore og brette sammen hvilket gen som gjorde det i denne organismen, " sier Levin. Symbiodinium, som er medlem av en gruppe planteplankton kalt dinoflagellater, er utrolig mangfoldig. Levin henvendte seg til to viktige Symbiodinium- stammer hun kunne vokse i laboratoriet.
Den første belastningen, som de fleste Symbiodinium, var sårbar for de høye temperaturene som forårsaker korallbleking. Skru opp varmeskiven et par hakk, og denne kritteren var ristet. Men den andre belastningen, som hadde blitt isolert fra de sjeldne korallene som lever i de varmeste miljøene, syntes å være ugjennomtrengelig for varme. Hvis hun kunne finne ut hvordan disse to stammene utøvde genene sine under blekningsforholdene, kan hun finne de genetiske nøklene til å konstruere en ny superstamme.
Da Levin skrudde opp varmen, så hun at det hardføre Symbiodinium eskalerte sin produksjon av antioksidanter og varmesjokkproteiner, noe som hjelper til med å reparere celleskader forårsaket av varme. Det overraskende gjorde ikke det normale Symbiodinium . Levin henvendte seg deretter til å finne ut en måte å sette inn flere kopier av disse viktige varmetolerende genene i det svakere Symbiodinium, og dermed skape en belastning tilpasset å leve med koraller fra tempererte regioner - men med verktøyene for å overleve oppvarmende hav.
Å få nytt DNA inn i en dinoflagellatcelle er ingen enkel oppgave. Mens de er små, er disse cellene beskyttet av pansrede plater, to cellemembraner og en cellevegg. "Du kan komme deg gjennom hvis du presser hardt nok, " sier Levin. Men igjen, kan du ende med å drepe cellene. Så Levin anmodet om hjelp fra en usannsynlig samarbeidspartner: et virus. Tross alt har virus "utviklet seg for å kunne sette genene sine i vertens genom - det er slik de overlever og reproduserer, " sier hun.
Levin isolerte et virus som infiserte Symbiodinium, og molekylært endret det slik at det ikke lenger drepte cellene. I stedet konstruerte hun det til å være et godartet leveringssystem for de varmetolerante genene. I sin artikkel argumenterer Levin for at virusets nyttelast kan bruke CRISPR, den banebrytende genredigeringsmetoden som er avhengig av en naturlig prosess brukt av bakterier, for å kutte og lime de ekstra genene inn i et område av Symbiodiniums genom der de vil være svært uttrykte.
Det høres greit ut. Men å rote med et levende økosystem er aldri enkelt, sier Dustin Kemp, professor i biologi ved University of Alabama i Birmingham som studerer de økologiske virkningene av klimaendringer på korallrev. "Jeg er veldig tilhenger av disse løsningene for å bevare og genetisk hjelpe, " sier Kemp. Men "gjenoppbygging av skjær som har tatt tusenvis av år vil bli en veldig skremmende oppgave."
Med tanke på det svimlende mangfoldet av Symbiodinium- stammene som lever innenfor bare en korallart, selv om det var et robust system for genetisk modifisering, lurer Kemp på om det noen gang ville være mulig å konstruere nok forskjellige super- Symbiodinium for å gjenopprette det mangfoldet. "Hvis du rydder en gammel vekstskog og deretter går ut og planter noen få furutrær, er det virkelig å redde eller gjenoppbygge skogen?" Spør Kemp, som ikke var involvert i studien.
Men Kemp er enig i at skjær dør i en alarmerende hastighet, for fort til at den naturlige evolusjonen til Symbiodinium holder følge. "Hvis koraller utviklet seg raskt til å håndtere [varme farvann], ville du tro at vi ville ha sett det nå, " sier han.
Thomas Mock, en marin mikrobiolog ved University of East Anglia i Storbritannia og en pioner innen genetisk modifisering av planteplankton, påpeker også at dinoflagellatbiologi fremdeles i stor grad er omsluttet av mystikk. "For meg er det rot, " sier han. “Men slik begynner det vanligvis. Provoserende argument er alltid bra - det er veldig utfordrende, men la oss komme et sted og se hva vi kan oppnå. ”Nylig har CSIRO, den australske regjeringens vitenskapsdivisjon, kunngjort at de vil finansiere laboratorier for å fortsette å forske på genetiske modifikasjoner i koralsymbionter.
Når det gjelder menneskers helse - for eksempel å beskytte mennesker mot ødeleggende sykdommer som malaria eller Zika - har forskere vært villige til å prøve mer drastiske teknikker, for eksempel å frigjøre mygg som er genetisk programmert til å videreføre dødelige gener. De genetiske modifikasjonene som trengs for å redde koraller, hevder Levin, ville ikke være på langt nær like ekstreme. Hun legger til at det er nødvendig med mye mer kontrollert laboratorietesting før genmodifisert Symbiodinium kunne frigjøres i miljøet for å repopulere døende korallrev.
"Når vi snakker 'genetisk konstruert', endrer vi ikke disse artene vesentlig, " sier hun. “Vi lager ikke enormt mutante ting. Alt vi prøver å gjøre er å gi dem en ekstra kopi av et gen de allerede har for å hjelpe dem ... vi prøver ikke å være gale forskere. ”
