Korallrev, de frodige naturtypene som kanskje er hjemmet til en fjerdedel av havets arter, dør av i en alarmerende hastighet. FN projiserer at hvis havtemperaturer stiger som forventet, vil ingen av de 29 skjær som er oppført som UNESCOs verdensarvsteder fortsatt huse funksjonelle økosystemer innen år 2100. Slike dystre muligheter har ansporet forskere til å forberede seg på det verste ved å tenke utenfor boksen .
Ved å bruke en frostvæske-løsning fylt med gullpartikler og hurtig-tine lasere, har et Hawaii-basert team kryogen frosset og med hell tint koralllarver for første gang. Gjennombruddet kunne gjøre det mulig for biobanking av korallarter å bevare det forsvunne mangfoldet av skjær rundt om i verden. Cryogenics kan også hjelpe restaureringsarbeidet ved å opprettholde et frossent lager av koralllarver, klare til å repopulere døde eller døende skjær.
"Vi kan fryse larver, vi kan bringe dem tilbake, og de er i live, " sier Mary Hagedorn, en korallbiolog fra Smithsonian Conservation Biology Institute (SCBI). De neste trinnene, konstaterer hun, er å sikre at korallene kan fungere levedyktig på et skjær og skalere opp prosessen for å jobbe med et stort antall koraller.
Konfokale bilder av en dag 3-larver som viser fluorescens fra GFP (til venstre) og distribusjon av DyLight-belagte gull nanorodpartikler som omgir larven i kryobeskyttelsesmiddel (til høyre). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Hagedorn var medforfatterforskning som nylig ble publisert i Scientific Reports, der det ble beskrevet hvordan larver av soppkorallen ( Fungia scutaria ) med suksess ble frosset og gjenopplivet for å utvikle seg normalt og svømme i opptil 12 timer. Forskere ville bli begeistret hvis verdens desimerte korallrev kunne glede seg over en så vellykket andre akt.
Rev og det svimlende biologiske mangfoldet de er under beleiring fra et raskt skiftende klima. Selv de utbredte konsekvensene for mennesker på landbruket inkluderer redusert matforsyning og ødeleggende erosjon av befolkede kyster. Og store dødsfall fra rev er ikke bare et spørsmål om projeksjon, de er allerede en realitet. En massiv korallblekinghendelse fra 2014-17 stresset 75 prosent av verdens skjær og drepte rundt 30 prosent av koraller på det berømte Great Barrier Reef. Slike episoder blir så hyppige at den nylige nasjonale klimavurderingen antyder at korallbleking vil være en årlig begivenhet på Hawaiian Islands og American Samoa innen 2040.
Koraller kan tilpasse seg skiftende miljøer, men noen steder er tempoet rett og slett for raskt. Muligheten for å iste og revurdere dem kan hjelpe til å kjøpe litt tid.
Falloidinfarging: Fullstendig fallende fluorescerende mikroskopiske bilder av F. scutaria-larver farget for aktin. (Smithsonian Conservation Biology Institute) Frysing av koraller viste seg å være relativt enkelt, sier Hagedorn. Larvene ble ganske enkelt dunket i flytende nitrogen etter å ha blitt behandlet med en type kryobeskyttende "frostvæske" som var spesielt sammensatt for å hjelpe dem å fryse jevnt uten dannelse av iskrystaller.
"Iskrystaller er virkelig vår nemese, " sier hun. "Det kan være noen små kjerner som dannes under fryseprosessen, og du kan tenke på dem som snøfnugg. Men du vil ikke at snøfnuggene skal vokse til større isspyd som ødelegger cellene. ”Motsetning, iskrystallproblemet er faktisk på det verste under oppvarming av frosne prøver.
"Se for deg at det sakte fryser vann, og det punktet der noen få krystaller plutselig vokser relativt raskt til isete skjær når det fryser, " forklarer Jonathan Daly, hovedforfatter på papiret og en postdoktor ved SCBI og Hawaii Institute of Marine Biologi. "Det skjer innenfor et bestemt temperaturområde, og du går gjennom det området når du kjøler, men også når du varmer."
Mest celledød skjer under oppvarmingsprosessen, men forskere kan forhindre at iskrystaller dannes ved å tine koralllarvene raskt. For å oppnå hastighet benyttet teamet en teknikk som Hagedorn finslipte på sebrafiskembryoer med en-to-trøkk av faste gullpartikler og laserlys.
Hollywood-lasere kan være varme nok til å fordampe en fremmed, men laboratorieversjoner kunne fremdeles ikke overføre varme raskt og jevnt nok til å tine et bittelite embryo uten hjelp. Så forskerne introduserte nanogold-partikler fordelt gjennom frostvæske-løsningen, som absorberte lys fra laseren og gjorde det om til varme som brakte koraller vellykket ut av frysen. "Det tiner i løpet av et sekund, " sier Daly.
Jonathan Daly kryopreserverer koralllarver. (Gary Cranitch / Great Barrier Reef Foundation) Frysing av levedyktige koraller har potensial til å opprettholde fremtidig biologisk mangfold ved å bevare hele spekteret av korallgenetikk. "Vi aner ikke hvordan vi kan bruke dette materialet om 100 år, men å gjøre dette nå mens vi fremdeles har mye mangfold på skjær, og mister det veldig raskt, er veldig viktig, " sier Hagedorn. Fjorten arter av koralsæd og embryoer samlet på Great Barrier Reef er allerede frosset ved Australias Taronga Western Plains Zoo, og ti andre ved USDAs National Animal Germplasm Program i landstoppet Fort Collins, CO.
De lagrede sædcellene vil kreve sammenkobling med levende egg, men Madeleine van Oppen, fra Australian Institute of Marine Science og University of Melbourne, sier at denne bragden endrer spillet ved å demonstrere evnen til å fryse en komplett organisme som forhåpentligvis kan tines ut for å leve og vokse.
"Det er veldig viktig å bevare det nåværende genetiske mangfoldet slik at vi i fremtiden kan bruke det omtrent som en frøbank som er utviklet for avlingsarter, " fortsetter van Oppen. "Folk kan gå tilbake og lage en bestand av avlinger som kan være bedre motstandsdyktige mot tørke eller varme fordi de har den banken med genetisk mangfold som gjør at de kan gjøre det. Så hvis vi kan gjøre noe som tilsvarer Global Seed Vault for koraller, vil det være ekstremt kraftig inn i fremtiden. "
Dessverre er ikke fremtiden her ennå. Soppkorallen var frosset fordi larvene var små og enkle å jobbe med. Nå utfordres teamet med å finjustere alt fra frostvæske-sammensetningen til laserinnstillingene slik at større, revbyggende koraller kan bevares på samme måte. "Vi tror det kommer til å bli skalerbar, " sier Hagedorn.
Voksen soppkorall (F. scutaria). (Smithsonian Conservation Biology Institute) En annen utfordring er å utvide størrelsen på operasjonen, så den kan brukes til reef restaurering.
"Vi må gå fra å fryse hundrevis av disse tingene til hundretusener for å til og med få litt koraller til å leve på et skjær, " sier Hagedorn. Hvis slike antall larver kan bevares kryogent, øker det muligheten for superladende koralls svake reproduksjonshastigheter. Korall gyting oppstår bare når forholdene er perfekte, en gang i året og bare for et par dager.
“Hvis vi kan bygge opp et lager med frosne larver som vi kan trekke ut av fryseren når vi trenger å gjenopprette et skjær, kan det gjøres når som helst på året, så du er ikke begrenset til en koral gytebegivenhet. Det ville selvfølgelig være helt fantastisk, sier van Oppen. "Det vil være spesielt sant hvis du kan kombinere det med noe av det pågående arbeidet med å prøve å utvikle korallbestand som er mer varmetolerant."
Å gjeninnføre korrupte koraller kan ikke vise seg å være veldig vellykkede på steder der forholdene som førte til at rev skjedde i utgangspunktet fremdeles vedvarer. Men hvis korallmiljøene forbedres, eller hvis mennesker kan skape koraller som er mer motstandsdyktige mot fremtidige forhold, er det en god sjanse for at vi har en populasjon av tine-og-tjene kryogene koraller klare til å dra nytte av.
