Текст уведомления здесь

Спасут ли трансгенные водоросли гибнущие коралловые рифы

Состояние климата на планете уже сейчас таково, что большинство кораллов к 2050 году погибнет. Ученые пытаются придумать план их спасения

Коралловые рифы гибнут у нас на руках: подогретое индустриализацией изменение климата протекает для них слишком быстро, чтобы они успели адаптироваться к новым для себя условиям. Даже если к 2050 году человечеству удастся удержать уровень содержания углекислого газа в атмосфере на том же уровне, что и сегодня, гибели большинства кораллов избежать не удастся. Поэтому ученые от размышлений о том, как предотвратить гибель кораллов, уже перешли к обсуждению плана активных действий по их сохранению. О том, как эти планы выглядят сейчас, специально для chrdk. рассказывает биолог Михаил Никитин.
Добавить в закладки
Комментарии

На прошедшем в декабре 2017 года Европейском симпозиуме по коралловым рифам ученые со всего мира обсудили состояние кораллов и их судьбу в условиях изменения климата. Дело плохо: за последние два десятилетия каждые 6—8 лет, в периоды максимальной жары, коралловые рифы по всему миру обесцвечивались и частично гибли. Естественное восстановление рифов занимает 15—30 лет. Так что, если подобная динамика сохранится, к 2050 году большинство кораллов погибнет.

Спасать их, ограничивая выбросы углекислого газа, уже недостаточно и поздно. Достигнутый сейчас уровень содержания углекислого газа в атмосфере Земли достаточен, чтобы большинство кораллов не дожили до 2050 года. Поэтому просто оставить рифы в покое и ничего не трогать означает их потерять. Чтобы спасти кораллы, людям придется вмешаться в их жизнь: создать коралловое хозяйство — подобно лесному хозяйству, бороться с вредителями и активно заниматься восстановлением погибших рифов. Добрая половина докладов была посвящена попыткам это сделать.

Одни ученые рассказывали о поиске особо устойчивых видов кораллов и перспективах акклиматизации их в новых местах. Другие — о «коралловых питомниках», в которых они разводят «саженцы» и высаживают их на рифы. Третьи — об экспериментах по приданию устойчивости кораллам путем ускоренной эволюции, межвидового скрещивания или генной инженерии.

Обесцвеченный коралл, Окинава. Фото: The Ocean Agency / XL Catlin Seaview Survey

Обесцвеченный коралл, Окинава. Фото: The Ocean Agency / XL Catlin Seaview Survey

Каждый коралл — это сложное сообщество. Он состоит из собственно коралловых полипов (сидячие животные) и их многочисленных симбионтов. Среди последних главные — одноклеточные водоросли рода Symbiodinium, они обеспечивают 80—90% питания полипов и нужны для осаждения известкового скелета. Кроме них, на каждом коралле живут сотни видов мелких рыбок, креветок, крабов, моллюсков и разнообразных червей, тысячи видов бактерий и вирусов. Их отношения (симбиозы, конкуренция, хищничество) запутаны сложнее, чем политика на Ближнем Востоке.

Два основных участника этого симбиоза — коралловые полипы и водоросли — могут в какой-то мере обходиться друг без друга. Коралл, потерявший водоросли, питается только тем, что ему удается поймать, а охота — дело непредсказуемое. Такие кораллы живут впроголодь и проигрывают в конкуренции, но все-таки не гибнут сразу и имеют шанс найти себе новые водоросли. Symbiodinium могут свободно жить в море. Там они быстрее растут и делятся, могут переходить к половому размножению, но часто становятся чьим-то обедом. В клетках коралла Symbiodinium надежно защищены от хищников, имеют вдвое больше света (не только прямой сверху, но и отраженный от белого кораллового скелета снизу) и азотные удобрения из отходов жизнедеятельности полипа. Но коралловая «крыша» стоит недешево: водоросли отдают полипу до 90% продукции своего фотосинтеза! Поэтому водоросли время от времени сбегают на волю, а затем возвращаются к симбиозу с новым поколением кораллов.

Повышение концентрации СО

2

влияет на кораллы двумя путями. Во-первых, больше углекислого газа — кислее вода, и отложение известкового скелета требует больше энергии. Во-вторых, углекислый газ в атмосфере дает парниковый эффект и повышает температуру планеты. В самую жаркую погоду, когда вода прогревается до 29-30 градусов Цельсия, кораллы страдают от перегрева. В первую очередь жара нарушает систему фотосинтеза у водорослей-симбионтов, те начинают выделять ядовитую для коралловых полипов перекись водорода. Клетки полипов, защищаясь, выбрасывают водоросли «за борт», в результате чего коралл обесцвечивается и начинает голодать. Чем кислее вода, тем ниже устойчивость коралла ко всем стрессовым воздействиям и тем легче союзу кораллов с водорослями распасться.

Коралловый полип выбрасывает симбионтов под действием стрессовых факторов

Если температура на планете пока не вышла за пределы колебаний последних десяти тысяч лет, то углекислый газ уже достиг рекордного за 25 млн лет уровня. В принципе кораллы могут приспособиться к высокой концентрации СО

2

. Например, в мезозойскую эру кораллы процветали, несмотря на то что содержание углекислого газа в атмосфере тогда было в несколько раз выше современного. Но сейчас содержание углекислого газа растет слишком быстро — на треть за столетие! — чтобы кораллы успевали приспособиться к нему естественным путем. Кораллы растут долго и приступают к размножению не раньше десятилетнего возраста, поэтому смена поколений и эволюция у них идут медленно. Устойчивость кораллового сообщества к кислотности и перегреву зависит прежде всего от водорослей. Водоросли в составе коралла тоже медленно размножаются и, соответственно, медленно эволюционируют (одно клеточное деление в 1—3 месяца), потому что коралл изымает почти всю продукцию их фотосинтеза.

Но они могут жить и просто в морской воде, размножаясь при этом быстрее. Поэтому австралийские ученые взяли симбиодиниум из кораллов и стали растить его в пробирках, постепенно повышая температуру. В пробирках поколения водорослей сменялись каждые сутки, поэтому за год эксперимента удалось поднять предельную для них температуру на три градуса. Кораллы с этими водорослями тоже оказались более устойчивы к жаре.

А биологи из Университета короля Абдаллы (Саудовская Аравия) заметили, что в Персидском заливе и в северной части Красного моря (примерно от Эйлата до Хургады) кораллы гораздо лучше переносят жару, чем их сородичи в Индийском океане. Причем эта устойчивость — «с запасом». Кораллы из Эйлата в аквариуме выдерживают температуру воды до 32 градусов, чего на их родине никогда еще не было.

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Пересадка кораллов между разными районами Красного моря показала, что устойчивость работает только при повышенной солености воды. Соленость Персидского залива и северного Красного моря выше, чем открытых океанов. Эксперименты с пересадкой симбиодиниумов показали, что дело в них, а не в полипах или микробах. А теперь расшифрован и механизм этой устойчивости. Оказалось, что приспособленные к высокой солености линии симбиодиниума накапливают для защиты от соли особый сахар — флоридозид. Он заодно обладает антиоксидантными свойствами, благодаря чему подавляет выделение перекиси перегретыми водорослями и предотвращает обесцвечивание кораллов. Но при обычной солености водоросли предпочитают не тратить энергию на накопление флоридозида. Сейчас ученые работают над тем, чтобы генной инженерией заставить водоросли производить флоридозид в ответ на жару, а не только на соль.

Похоже, в отношениях человечества с природой наступила совершенно новая ситуация. Чтобы спасти экосистемы коралловых рифов, придется создавать и выпускать в море прошедшие искусственный отбор, гибридные, а то и трансгенные водоросли и кораллы. Для многих экологических активистов это будет тяжелый выбор.

Кстати, на этой конференции было заметно, что мировые лидеры в исследовании кораллов меняются. Если раньше это были ученые Австралии, у которых рядом Большой Барьерный риф, и американцы, работавшие в Карибском море и на Гавайях, то теперь их теснит Red Sea Research Center Университета короля Абдаллы. Этот очень молодой (открыт в 2008) и один из богатейших университетов мира активно переманивает к себе хороших ученых отовсюду.

Россию на симпозиуме представляла группа под руководством Вячеслава Иваненко с кафедры зоологии беспозвоночных МГУ, изучающая рачков-паразитов кораллов. Ее работы вскрывают огромное разнообразие населения коралловых рифов: почти на каждом изучаемом виде кораллов живут десятки своих уникальных видов мелких ракообразных, а всего их, вероятно, десятки тысяч. Накапливаются данные, что эти рачки могут переносить возбудителей болезней кораллов, подобно тому как комары на суше переносят малярию. Для страдающих от жары и обесцвечивания кораллов распространение заразных болезней часто становится «последней каплей», приводящей к гибели. Поэтому для охраны рифов нужно знать видовой состав живущих на кораллах рачков, и наш доклад вызвал большой интерес. Хотя финансирование нашей группы (в основном от Российского фонда фундаментальных исследований) намного меньше, чем у зарубежных коллег, его хватило на экспедиции на рифы Вьетнама и Мальдив и участие в этом симпозиуме.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Норовирус, или «желудочный грипп»: спасайся кто может!

Распространенность норовирусов резко активизировалась с середины 1990-х годов прошлого века

По оценкам врачей, норовирус является сегодня основной причиной гастроэнтерита (воспалительных заболеваний желудка и кишечника). Около 90% случаев гастроэнтерита во всем мире вызывает именно норовирус. Несколько сотен друзей и знакомых «Чердака» за последний месяц пали жертвами (пусть временными) этого вируса, и мы решили разобраться в вопросе.
Добавить в закладки
Комментарии
Норовирус, компьютерная реконструкция. Изображение: nobeastsofierce / shutterstock.com
Норовирус, компьютерная реконструкция. Изображение: nobeastsofierce / shutterstock.com

По оценкам врачей, норовирус является сегодня основной причиной гастроэнтерита (воспалительных заболеваний желудка и кишечника). Около 90% случаев гастроэнтерита во всем мире вызывает именно норовирус. И многие жители крупных мегаполисов, работающие в большом коллективе в закрытых помещениях, испытали на себе все «прелести» действия этого вируса: рвоту, тошноту, головокружение и диарею. Норовирус является настоящим бичом людей, вынужденных долгое время проводить вместе: в лечебных, образовательных и исправительных учреждениях, общежитиях, пионерских лагерях и даже на круизных лайнерах. Причем, как утверждают специалисты, уберечься от норовируса практически нет шансов: если он попал в закрытый коллектив, то в скором времени подкосит практически всех.

Впервые этот коварный вирус был обнаружен в далеком 1968 году в США, в городе Норуолк. Там возникла вспышка острого гастроэнтерита среди школьников начальной школы. И только через четыре года, в 1972 году с помощью иммунной электронной микроскопии, которой подвергли законсервированные фекалии заболевших детей, был обнаружен новый, ранее неизвестный вирус. Новый вирус получил свое первоначальное название, Norwalk virus, в честь города, где впервые была зарегистрирована вспышка заражения. Свое нынешнее название, Norovirus, вирус получил в 2002 году после утверждения его Международным комитетом по таксономии вирусов. Его часто путают с ротавирусом — уж очень похожи симптомы, но ротавирус относится к семейству Reoviridae. В последнее время, в связи с удешевлением (и улучшением) средств диагностики, их стали различать.

Детальное изучение норовируса (в т.ч. клонирование и секвенирование его генома) показало, что норовирус имеет сходную геномную организацию с вирусами семейства Caliciviridae. Он относится к РНК-вирусам и генетический материал у них содержится в РНК, геном представлен однонитчатой РНК размером приблизительно 7,5 тыс. нуклеотидов. Форма норовирусов представляет собой икосаэдрический капсид, имеющий чашеобразные углубления. Диаметр вирусных частиц составляет 35—39 нм, а молекулярная масса вириона — 15 мегадальтон. Сегодня известно семи геногрупп норовирусов. Но большинство норовирусов, которые заражают людей, принадлежат к геногруппам GI и GII. Норовирусы из геногруппы II, генотип 4 (сокращенно GII.4) составляют подавляющее число вспышек гастроэнтерита по всему миру. Причем установлено, что люди с I группой крови заболевают чаще, в то время как с III и IV группой — менее восприимчивы к норовирусам. [ ... ]

Читать полностью

«Археологи не любят золото»

Руководитель Крымской новостроечной экспедиции — о своей работе

О том, что мечтают найти археологи в Крыму, о рисунках в склепе, буднях исследователей и масштабах Крымской новостроечной экспедиции Института археологии РАН, которая идет с марта 2017 года, «Чердаку» рассказал ее руководитель, доктор исторических наук Сергей Внуков.
Добавить в закладки
Комментарии

— Что отличает крымскую археологию от археологии остальной России?

— В целом Крым отличает огромная пестрота памятников. Здесь есть все: от палеолита до начала XX века, и Византия, и Золотая Орда, и кочевники, которые были в южнорусских степях. Разве что нет собственно славяно-русской археологии. Эта пестрота требует широкого кругозора от ученых, но в то же время нужны и узкие специалисты.

— Есть артефакты, которые археологам, работающим в Крыму, больше всего хочется найти? Какие-то особенные предметы гордости.

— Я могу судить об античности. В античной археологии всегда очень хочется найти надписи, лапидарные памятники, потому что у нас катастрофическая нехватка письменных источников. Древние авторы эту дальнюю окраину не очень освещали. И каждая надпись, даже плохо сохранившаяся, что-то добавляет: новые имена, события. Обычно они во фрагментах. Это ставит находки в историческую канву, оно наполняется жизнью. [ ... ]

Читать полностью

Марсианские льды показались в профиль

Виталий Егоров — о том, что нового мы узнали о марсианской воде

На днях в Science вышла статья, в которой были представлены данные прямых наблюдений за слоями льда под поверхностью Марса в средних широтах. Специально для «Чердака» Виталий «zelenyikot» Егоров рассказывает краткую историю марсианской воды и том, что нового мы о ней узнали.
Добавить в закладки
Комментарии

Наличие воды на Марсе давно не является секретом. Уже сейчас примерно оценены запасы водяного льда на полюсах, обнаружены ледники в средних широтах; известно, что даже в экваториальном грунте красной планеты концентрация воды местами достигает десятой части. Однако в своем большинстве данные о содержании воды на Марсе получены при помощи радаров или нейтронных спектрометров. А собственно посмотреть на марсианский лед удается редко. И вот недавно подобная встреча таки произошла: орбитальный телескоп HiRise на борту Mars Reconnaissance Orbiter сумел заснять залежи льда на склонах оврагов в средних широтах, и ученые впервые смогли взглянуть на марсианские ледники в профиль.

Полярные льды Марса астрономы рассмотрели уже в XIX веке — это одни из самых заметных деталей его поверхности. Правда, в прежние века астрономии считалось, что полюсы красной планеты покрывает исключительно замерзшая вода. Пока оптические средства были недостаточно высокого качества, многие пробелы в знаниях о соседней планете приходилось закрывать земными аналогиями и оптимистическими ожиданиями. Именно из таких ожиданий выросла иллюзия марсианских каналов, которая продержалась до самого начала космической эры. Астрономы могли спорить о происхождении каналов, искусственном или естественном, но большинство не сомневалось в их существовании.

Карта Марса с отмеченными границами снимков Mariner 4. Изображение: NASA/JPL

Карта Марса с отмеченными границами снимков Mariner 4. Изображение: NASA/JPL

Крест на судьбе марсианских каналов поставил зонд NASA Mariner 4, который в 1964 году впервые сделал снимки достаточного качества поверхности планеты с близкого расстояния. Открывшиеся исследователям пейзажи разрушили все надежды на «землеподобность» Марса. В 1973 году советский орбитальный аппарат «Марс-5» передал первые цветные снимки — это были фотографии рыжей, безводной и безжизненной пустыни. В 1976 посадочные аппараты Viking 1 и 2 взяли пробы грунта и определили содержание в нем воды — не более 3%. К тому времени было уже известно, что сезонная изменчивость полярных льдов и рост полярных шапок в зимнее время определяется не водяным, а «сухим» углекислотным льдом. И только не меняющиеся с течением года белые пятна на полюсах — это второй слой льда, уже водяной. [ ... ]

Читать полностью