Koraļļu spermas bankas: drošības tīkls rifiem?

Koraļļi Lēdijas Eliotas salas rifā, kas ir vistālāk dienvidu rifs Lielā Barjerrifa jūras parkā. Foto: Rebecca Spindler/Taronga Zoo

Jūs esat dzirdējuši par sēklu bankām — vērtīgām velvēm, kas saglabā augu ģenētisko materiālu sasaldētu pēcnācēju labā. Bet kā ar koraļļu bankām?

Vairāk nekā desmit gadus jūras bioloģe Mērija Hagedorna ir kultivējusi koraļļu spermas rūpīgas sasaldēšanas mākslu, izmantojot procesu, kas pazīstams kā kriokonservēšana. Viņas mērķis ir apkopot pēc iespējas vairāk sugu izmantošanai turpmākajos pētījumos un restaurācijā, kā arī apmācīt citus zinātniekus sekot viņas piemēram.

'Mums ir jāapkopo šī ģenētiskā daudzveidība un jāmēģina palīdzēt, kamēr okeānā joprojām pastāv liela daudzveidība,' saka Hagedorns, vecākais pētnieks Smitsona saglabāšanas bioloģijas institūtā, kurš atrodas Kaneohe, Havaju salās.

Pasaules koraļļi saskaras ar draudiem gan vietējiem, piemēram, piesārņojums un nogulumu uzkrāšanās, gan globāli, piemēram, okeāna temperatūras un skābuma līmeņa paaugstināšanās, ko izraisa pieaugošās siltumnīcefekta gāzu emisijas.

Koraļļu balināšana ir viena īpaši pamanāma koraļļu stresa izpausme, kas tikai pastiprinās ar mainīgo klimatu. Tas notiek, ja neparasti augsta vai zema ūdens temperatūra liek koraļļiem izspiest simbiotiskās aļģes, kas nodrošina tos ar barības vielām.

'Mēs redzam postošas ​​izmaiņas mūsu rifos balināšanas dēļ,' saka Hagedorns. 'Tas viņus noslogo un noslogo tiktāl, ka daudzi no viņiem nevairojas, un tas var noslogot viņus līdz vietai, kur viņi [var] nomirt.'

Piemērs: Austrālijas Nacionālās koraļļu balināšanas darba grupas veiktie pētījumi no gaisa un zemūdens atklāj, ka balināšana vismaz zināmā mērā ir skārusi 93 procentus Lielā Barjerrifa. Saskaņā ar datiem vissmagāk skartajos apgabalos — rifa ziemeļu daļā — ir nomiruši par 50 procentiem. provizorisks paziņojums par konstatējumiem .

Koraļļu gametu sasaldēšana bankās glabāšanai varētu palīdzēt pētniekiem un dabas aizsardzības speciālistiem tikt galā ar koraļļu daudzveidības samazināšanos savvaļā un novērst to. Ideja ir tāda, ka zinātnieki varētu izmantot šos “iesaldētos zoodārzus”, kā tos sauc Hagedorns, lai iegūtu materiālus, ko varētu izmantot dažāda veida koraļļu pētījumos, piemēram, uzlabojot metodes koraļļu audzēšanai un atjaunošanai rifos.

Tā kā daudziem koraļļiem ir ierobežots nārsta periods, bankas piedāvā arī lielāku piekļuvi eksperimentālajam materiālam, kas citādi būtu pieejams tikai dažas reizes gadā.

“Tas nav pavārgrāmatu process. Man vajadzēja vairākus gadus, lai precīzi saprastu, kā kriokonservēt koraļļu spermu.

Hagedorna pētīja zivju kriokonservēšanu, kad viņa sāka interesēties par koraļļu nožēlojamo stāvokli. Procedūras izstrāde un precizēšana spermas drošai sasaldēšanai un uzglabāšanai ir patērējusi vairāk nekā desmit gadus. 'Tas nav pavārgrāmatu process,' saka Hagedorns. 'Man bija vajadzīgi vairāki gadi, lai precīzi saprastu, kā kriokonservēt koraļļu spermu un kā padarīt sasaldēšanas procesu vienkāršu un laukam draudzīgu, lai mēs lauka apstākļos varētu bankrotēt.' Pirms pieciem vai sešiem gadiem viņa veiksmīgi ieguva savu pirmo spermu.

Parasti koraļļu spermas sagatavošana pārvietošanai ietver koraļļu fragmentu vai koloniju savākšanu uz nārsta robežas (daudzi koraļļi ir hermafrodīti; katrs polips satur olnīcas un sēkliniekus); ievietojot tos atsevišķos traukos, kas iegremdēti jūras ūdenī; un gaida, kad viņi atbrīvos savu olšūnu un spermu kopā ēteriskos saišķos, kas peld uz augšu kā miljoniem mazu balonu.

'Godīgi sakot, tā ir skaistākā lieta uz zemes,' sapņaini saka Hagedorns.

Pētnieki, kas stāv gatavībā, iesūc saiņus ar pipetēm un ievieto jūras ūdens mēģenēs. Iepakojumi galu galā sadalās, olām peldot uz virsmu un spermai paliekot šķīdumā. Tad 'mēs izveidojam sava veida mini auglības klīniku koraļļiem,' saka Hagedorns.

Sperma vispirms tiek pakļauta kvalitātes kontrolei, kuras laikā pētnieki mikroskopā pārbauda paraugus no katras kolonijas, rūpīgi pārbaudot spermas blīvumu un kustīgumu. 'Tas ir diezgan grūts darbs,' saka Madlēna van Opena, Melburnas Universitātes jūras bioloģijas profesore un Austrālijas Jūras zinātnes institūta vecākā galvenā pētniece un viena no Hagedorna līdzstrādniekiem. “Jūs nevarat vienkārši savākt spermu un to sasaldēt; patiesībā jums tas ir jāaplūko un jāpārliecinās, ka tas ir pietiekami veselīgs,' viņa saka, piebilstot, ka 'laiks ir ierobežots, jo spermatozoīdi paliek dzīvotspējīgi tikai vairākas stundas pēc izlaišanas no kolonijas.'

Pētnieki ievieto vīrišķo spermu mazos flakonos un uzklāj antifrīzu, lai novērstu ledus kristālu veidošanos. Tad viņi iegremdē šos flakonus speciāli izstrādātā aparātā, kas satur šķidro slāpekli, kas tos sasaldē. Pēc tam lielākā daļa flakonu tiek ievietoti transportēšanas konteinerā, kas uztur vēsumu. 'Tas ir kā termoss, kurā ir īpašas putas, kas saglabā temperatūru apmēram divas nedēļas,' saka Hagedorns.

Pēc tam šie flakoni tiek nosūtīti uz banku. Pašlaik Hagedorns un partneri uzglabā koraļļu spermu saldētavās, kas atrodas USDA Nacionālā dzīvnieku dīgļu plazmas programma — kurā atrodas arī saldēts mājlopu ģenētiskais materiāls — un Austrālijas Tarongas zoodārzs.

(Lai pierādītu, ka sasaldēšanas process nebojāja spermu, pētnieki atkausē neizsūtītos flakonus un veic vēl vienu kvalitātes kontroles testu, kas ietver svaigu koraļļu olu apaugļošanu, ko viņi savāca ar iepriekš sasaldētu spermu, lai noskaidrotu, vai tie var radīt dzīvotspējīgus kāpurus. spēj nosēsties vai iesakņoties uz virsmas, kā to dara savvaļas koraļļu kāpuri uz akmeņiem.)

Līdz šim Hagedorns ir uzkrājis 12 koraļļu sugu spermas — piecas no ASV un Karību jūras ūdeņiem, bet pārējās — no Lielā Barjerrifa. 'Tas nozīmē, ka mūsu bankās ir sasaldēti miljardiem spermas šūnu,' viņa saka.

Saskaņā ar Hagedorna teikto, pietiek ar vienas sugas 35 koloniju spermas saglabāšanu, lai aptvertu 90 procentus no populācijas ģenētiskās daudzveidības. Ņemot vērā, ka pasaulē ir 800 koraļļu sugu, katras no tām reprezentatīvu spermas paraugu uzkrāšanai vajadzētu būt “ļoti iespējamam”, viņa saka, tas ir, ja centieniem pievienosies vairāk pētnieku grupu. (Līdz šim Hagedorna laboratorija ir vienīgā, kas saskaņoti uzlabo kriokonservēšanas un banku paņēmienus, viņa saka.)

Pirmkārt, izlemt, kuru koraļļu novietot, ir daļēji metodiski, daļēji praktiski. Augstas prioritātes sugas ir tās, kas ir īpaši svarīgas rifu veidošanai, piemēram, zarojošie koraļļi, kas nodrošina daudz kaktu un spraugas citu organismu dzīvošanai. Taču “dažreiz tas ir tikai pragmatisma dēļ,” viņa saka. 'Ko mēs varam iegūt, kas ir nārsts, kas darbosies?'

Hagedorna komanda ir koncentrējusies uz šīs ģints banku sugām Acropora , kas ietver ātri augošus, zarojošus koraļļus, piemēram elkhorn un staghorn - abi norādīts kā Starptautiskās dabas aizsardzības savienības kritiski apdraudētas Karību jūras reģionā. Viņi, šķiet, ir visjutīgākie pret balināšanu un slimībām, viņa saka.

'Katru gadu šeit notiek viena vai otra lieta… vesela kolonija ies bojā, vai arī populācija iet bojā.'

Viens liels izaicinājums koraļļu spermas uzkrāšanai ir pareiza laika noteikšana. Daudzas sugas nārsto ļoti šaurā logā, tāpēc olu un spermatozoīdu saišķu vākšana ir sacensība pret pulksteni. Piemēram, lielākā daļa Lielā Barjerrifa koraļļu nārsto dažas stundas, ilgākais, tikai divas līdz trīs naktis gadā. 'Mums patiesībā ir bijis milzīgs izaicinājums iegūt pietiekami daudz ģenētiskā materiāla [no] Lielā Barjerrifa,' saka Hagedorns.

Dažu koraļļu cikli, par laimi, ir mierīgāki. 'Mums Havaju salās ir daudz ilgāks reprodukcijas periods,' saka Hagedorns. 'Tas sākas aprīlī un turpinās līdz septembrim.'

Šā gada augustā Hagedorna dosies uz Floridakīzu, kur viņas komanda plāno savākt briedīšu spermu no audzētavām, kuras uztur Koraļļu atjaunošanas fonds , bezpeļņas organizācija, kas atrodas Key Largo un audzē un atjauno koraļļus rifos. Viņa arī apmācīs starptautisku pētnieku grupu savās metodēs, cerot, ka tās pieņems vairāk komandu.

Elastīgs hibrīds: kausēts staghorn Coral

Kens Nedimers, fonda prezidents un dibinātājs, ar prieku dalās ar saviem koraļļiem ar Hagedorna komandu — viņš uzskata, ka koraļļu banku darbība ir piesardzības pasākums. Viņa audzētavās pašlaik atrodas 130 dažādu ģenētisko stagarsa koraļļu celmu, no kuriem aptuveni 40 vairs nav sastopami savvaļā. 'Katru gadu šeit notiek viena vai otra lieta, un mēs zaudējam vairāk ģenētiskā materiāla — vesela kolonija ies bojā vai populācija ies bojā, un šīs populācijas ģenētika ir pazudusi uz visiem laikiem,' viņš saka. 'Pēdējie divi gadi ir bijuši īpaši slikti koraļļu balināšanas dēļ.'

Kamēr Nedimijera komanda koncentrējas uz koraļļu aseksuālu pavairošanu no fragmentiem, kas rada ģenētiskus klonus, viņi arī ir ieinteresēti koraļļu seksuālā pavairošanā. Taču eksperimentēt ar apaugļošanas metodēm ir grūti, ja suga katru gadu nodrošina tikai svaigas gametas, viņš saka. Izmantojot koraļļu bankus, “jums būtu 12 mēneši gadā, lai ar tiem strādātu, un jūs varētu to darīt jebkurā laikā.”

Tomēr šajās bankās joprojām trūkst galvenā inventāra: olas.

Koraļļu olas ir daudz lielākas par spermu, un izdomāt, kā tās sasaldēt, lai tajās neveidotos ledus kristāli, un kā tos ātri atkausēt, tos nesabojājot, ir bijis izaicinājums, saka Hagedorns. Taču cilvēku olu sasaldēšanas sasniegumi pēdējos vairākos gados ir iedvesmojuši viņas komandu, un viņi ir izstrādājuši tehnoloģiju koraļļu olu kriokonservēšanai, kas, viņasprāt, izskatās daudzsološa. Ja tas izrādīsies veiksmīgs, tas “ļoti uzlabos mūsu spēku”, viņa saka.

Šī metode varētu arī pārliecināt vairāk pētnieku grupu sākt koraļļu glabāšanu. “Kad viņa ieliks nagus [olu kriokonservēšana], es domāju, ka mēs iegūsim eksponenciālu metožu izmantošanu,” saka van Opens.

Bet koraļļu banku pilnveidošana ir tikai daļa no Hagedorna visaptverošā plāna rifu bioloģiskās daudzveidības saglabāšanai. Viņa un viņas komanda ir arī sasaldējušas, piemēram, koraļļos dzīvojošās aļģes, kā arī koraļļu rifu zivju cilmes šūnas. 'Mēs cenšamies izsekot visam rifam,' viņa saka. Vienmēr ir labāk, ja ir vairāk uzkrājumu.