Koralové spermie: záchranná sieť pre útesy?

Koralové spermie: záchranná sieť pre útesy?

Koraly v Lady Elliot Island Reef, najjužnejšom útese v morskom parku Great Barrier Reef. Foto: Rebecca Spindler/Taronga Zoo

Počuli ste o bankách semien – vzácnych trezoroch, ktoré uchovávajú rastlinný genetický materiál zmrazený pre budúce generácie. Ale čo koralové banky?



Morská biologička Mary Hagedornová už viac ako desať rokov pestuje umenie starostlivého zmrazovania koralových spermií prostredníctvom procesu známeho ako kryokonzervácia. Jej cieľom je získať čo najviac druhov na použitie v budúcom výskume a obnove a vyškoliť ďalších vedcov, aby nasledovali jej vedenie.

'Musíme zhromaždiť túto genetickú rozmanitosť a pokúsiť sa pomôcť, kým je v oceáne stále veľa rozmanitosti,' hovorí Hagedorn, vedúci výskumný pracovník Smithsonian Conservation Biology Institute so sídlom v Kaneohe na Havaji.

Svetové koraly čelia náporu miestnych hrozieb, ako je znečistenie a hromadenie sedimentov, aj globálnych, ako je zvyšovanie teplôt oceánov a úrovne kyslosti v dôsledku rastúcich emisií skleníkových plynov.

Koralové bielenie je jedným z obzvlášť viditeľných prejavov koralového stresu, ktorý len zosilnieť s meniacou sa klímou. Stáva sa to, keď nezvyčajne vysoká alebo nízka teplota vody spôsobí, že koraly vypudia symbiotické riasy, ktoré im poskytujú živiny.

'Vidíme ničivé zmeny na našich útesoch kvôli bieleniu,' hovorí Hagedorn. 'Stresuje ich to a stresuje ich to do bodu, keď sa mnohé z nich nereprodukujú, a môže ich to stresovať do bodu, keď [by mohli] zomrieť.'

Príklad: Letecké a podvodné prieskumy uskutočnené austrálskou národnou pracovnou skupinou pre bielenie koralov ukazujú, že bielenie zasiahlo 93 percent Veľkej koralovej bariéry, aspoň do určitej miery. Najviac zasiahnuté oblasti – v severných častiach útesu – utrpeli podľa odhadov 50-percentný zánik. predbežné zverejnenie zistení .

Zmrazenie koralových gamét v bankách na bezpečné uchovanie by mohlo pomôcť výskumníkom a ochranárom vyrovnať sa so stratou diverzity koralov vo voľnej prírode a čeliť jej. Myšlienkou je, že vedci by mohli čerpať z týchto „zamrznutých zoologických záhrad“, ako ich nazýva Hagedorn, na materiál na použitie pri rôznych typoch výskumu koralov, ako je napríklad zlepšovanie techník chovu a obnovy koralov na útesoch.

Keďže mnohé koraly majú obmedzené obdobia neresenia, banky ponúkajú aj lepší prístup k experimentálnemu materiálu, ktorý by sa inak dal získať len niekoľkokrát do roka.

„Nie je to proces kuchárskej knihy. Trvalo mi niekoľko rokov, kým som prišiel na to, ako presne kryokonzervovať spermie koralov.“

Hagedorn skúmala kryokonzerváciu rýb, keď sa začala zaujímať o situáciu koralov. Vývoj a dolaďovanie postupu na bezpečné zmrazenie a uskladnenie ich spermií si vyžiadalo viac ako desaťročie. 'Nie je to proces kuchárskej knihy,' hovorí Hagedorn. 'Trvalo mi niekoľko rokov, kým som presne prišiel na to, ako kryokonzervovať koralové spermie a ako urobiť proces mrazenia jednoduchým a priateľským k terénu, aby sme mohli bankovať v poľných podmienkach.' Asi pred piatimi alebo šiestimi rokmi úspešne uložila svoje prvé spermie.

Vo všeobecnosti príprava koralových spermií na bankovanie zahŕňa zhromažďovanie úlomkov alebo kolónií koralov na pokraji neresenia (veľa koralov sú hermafrodity; každý polyp obsahuje vaječníky a semenníky); ich umiestnenie do jednotlivých nádob ponorených do morskej vody; a čakajú, kým uvoľnia svoje vajíčko a spermie spolu v éterických zväzkoch, ktoré sa vznášajú nahor ako milióny malých balónikov.

„Je to tá najkrajšia vec na zemi, úprimne,“ hovorí Hagedorn zasnene.

Výskumníci, ktorí sú pripravení, nasajú zväzky pipetami a umiestnia ich do skúmaviek s morskou vodou. Obaly sa nakoniec rozpadnú, vajíčka vyplávajú na povrch a spermie zostávajú v roztoku. Potom „vytvoríme akúsi mini kliniku plodnosti pre koraly,“ hovorí Hagedorn.

Príkladom neresenia koralov je v tomto prípade druh Orbicella faveolata alebo horský hviezdicový koral. Kredit: Schmahl/FGBNMS

Spermie najskôr prechádzajú kontrolou kvality, pričom výskumníci kontrolujú vzorky z každej kolónie pod mikroskopom, pričom skúmajú hustotu a pohyblivosť spermií. „Je to dosť zložitá práca,“ hovorí Madeleine van Oppen, profesorka morskej biológie na University of Melbourne a vedúca vedúca výskumná pracovníčka na Austrálskom inštitúte morských vied a jedna z Hagedornových spolupracovníkov. „Nemôžete len tak zozbierať nejaké spermie a zmraziť ich; v skutočnosti sa na to musíte pozrieť a uistiť sa, že je dostatočne zdravé,“ hovorí a dodáva, že „čas je obmedzený, pretože spermie zostávajú životaschopné len niekoľko hodín po uvoľnení z kolónie.“

Výskumníci umiestnia mužné spermie do malých fľaštičiek a aplikujú to, čo je v podstate nemrznúca zmes, aby sa zabránilo tvorbe ľadových kryštálov. Potom tieto fľaštičky ponoria do špeciálne navrhnutého zariadenia obsahujúceho tekutý dusík, ktorý ich zmrazí. Potom väčšina fľaštičiek putuje do prepravného kontajnera, v ktorom sa chladí. „Je to ako termoska, ktorá má v sebe špeciálnu penu, ktorá udržuje teplotu asi dva týždne,“ hovorí Hagedorn.

Tieto fľaštičky sa potom posielajú do banky. V súčasnosti Hagedorn a partneri skladujú koralové spermie v mrazničkách umiestnených v USDA Národný program zárodočnej plazmy zvierat — v ktorej sa nachádza aj zmrazený genetický materiál z dobytka — a austrálska zoologická záhrada Taronga.

(Aby sa preukázalo, že proces zmrazovania nepoškodil spermie, výskumníci rozmrazili nedodané fľaštičky a vykonali ďalší test kontroly kvality, ktorý zahŕňa oplodnenie čerstvých vajíčok koralov, ktoré zhromaždili predtým zmrazenými spermiami, aby zistili, či môžu produkovať životaschopné larvy. schopné usadiť sa alebo zakoreniť na povrchu, ako to robia larvy divých koralov na skalách.)

Hagedorn doteraz uložil spermie 12 druhov koralov - päť z vôd Spojených štátov a Karibiku a zvyšok z Veľkej koralovej bariéry. 'To znamená, že máme v bankách zmrazené miliardy spermií,' hovorí.

Zachovanie spermií 35 kolónií jedného druhu stačí na zachytenie 90 percent genetickej diverzity populácie, tvrdí Hagedorn. Vzhľadom na to, že svet má 800 druhov koralov, bankovanie reprezentatívnych vzoriek spermií každého z nich by malo byť „veľmi uskutočniteľné,“ hovorí – to znamená, ak sa k úsiliu pripojí viac výskumných skupín. (Zatiaľ je Hagedornovo laboratórium jediné, ktoré spoločne zdokonaľuje techniky kryokonzervácie a bankovania, hovorí.)

Rozhodovanie o tom, ktorý koral na banku je na prvom mieste, je čiastočne metodické, čiastočne praktické. Medzi druhy s vysokou prioritou patria tie, ktoré sú obzvlášť dôležité pri stavbe útesov, ako sú napríklad rozvetvené koraly, ktoré poskytujú množstvo zákutí pre život iných organizmov. Ale „niekedy je to len pragmatizmus,“ hovorí. 'Čo môžeme získať, čo sa spawnuje, čo bude fungovať?'

Hagedornov tím sa zameral na bankové druhy rodu Acropora , medzi ktoré patria rýchlo rastúce, rozvetvené koraly ako losí roh a staghorn — oboje určený ako kriticky ohrozené v Karibiku Medzinárodnou úniou na ochranu prírody. Zdá sa, že sú najcitlivejšie na bielenie a choroby, hovorí.

'Každý rok sa tu dole stane jedna alebo druhá vec...zahynie celá kolónia alebo zomrie obyvateľstvo.'

Jednou z veľkých výziev pri ukladaní spermií koralov je správne načasovanie. Množstvo druhov sa rodí počas veľmi úzkeho okna, takže zbieranie zväzkov vajíčok a spermií je závod s časom. Napríklad väčšina koralov z Veľkej koralovej bariéry sa rodí na niekoľko hodín, maximálne počas dvoch až troch nocí v roku. 'V skutočnosti to bola pre nás obrovská výzva získať dostatok genetického materiálu [z] Veľkého bariérového útesu, ' hovorí Hagedorn.

Cykly niektorých koralov sú, našťastie, uvoľnenejšie. 'Na Havaji máme oveľa dlhšie reprodukčné obdobie,' hovorí Hagedorn. 'Začína v apríli a trvá do septembra.'

Tento august pocestuje Hagedorn na Florida Keys, kde jej tím plánuje uložiť spermie staghorna zo škôlok prevádzkovaných Nadácia na obnovu koralov , nezisková organizácia so sídlom v Key Largo, ktorá pestuje a obnovuje koraly na útesoch. Bude tiež trénovať medzinárodnú skupinu výskumníkov vo svojich metódach v nádeji, že si ich osvojí viac tímov.

Súvisiaci článok

Odolný hybrid: Fused Staghorn Coral

Ken Nedimyer, prezident a zakladateľ nadácie, sa rád podelí o svoje koraly s Hagedornovým tímom – pokladanie koralov považuje za preventívne opatrenie. V jeho škôlkach sa v súčasnosti nachádza 130 rôznych genetických kmeňov koralu staghornského, z ktorých asi 40 sa už vo voľnej prírode nenachádza. 'Každý rok sa tu dole deje jedna alebo druhá vec a strácame viac genetického materiálu - celá kolónia alebo populácia zomrie a genetika tejto populácie je navždy preč,' hovorí. 'Posledné dva roky boli obzvlášť zlé kvôli bieleniu koralov.'

Zatiaľ čo Nedimyerov tím sa zameriava na asexuálnu reprodukciu koralov z fragmentov - čo vedie ku genetickým klonom - zaujímajú sa aj o sexuálne množenie koralov. Ale experimentovanie s technikami hnojenia je ťažké, keď druh poskytuje iba čerstvé gaméty ročne, hovorí. S koralovými bankami, z ktorých by ste mohli čerpať, by ste „mali na prácu s nimi 12 mesiacov v roku a mohli by ste to robiť kedykoľvek chcete“.

V týchto bankách však stále chýba kľúčový inventár: vajcia.

Vajíčka koralov sú oveľa väčšie ako spermie a zistiť, ako ich zmraziť, aby sa v nich nevytvorili ľadové kryštály a ako ich rýchlo rozmraziť bez toho, aby sa poškodili, bolo náročné, hovorí Hagedorn. Ale pokroky v zmrazovaní ľudských vajíčok za posledných niekoľko rokov inšpirovali jej tím a vyvinuli technológiu na kryokonzerváciu koralových vajíčok, ktorá podľa nej vyzerá sľubne. Ak sa to osvedčí, „obrovsky to posilní našu silu,“ hovorí.

Metóda by tiež mohla presvedčiť viac výskumných skupín, aby začali s bankovaním koralov. „Akonáhle zaklincuje [kryokonzerváciu vajíčok], myslím si, že exponenciálne využijeme metódy,“ hovorí van Oppen.

Zdokonalenie koralového brehu je však len časťou Hagedornovho zastrešujúceho plánu na zachovanie biodiverzity útesov. Ona a jej tím tiež zmrazovali riasy, ktoré žijú napríklad v koraloch, ako aj kmeňové bunky rýb z koralových útesov. 'Snažíme sa ísť po celom útese,' hovorí. Vždy je lepšie mať nasporené viac.