Et koralrev tager tusinder af år at bygge, men kan alligevel forsvinde på et øjeblik.
Relateret indhold
- Koraller med dybt vand glør for deres liv
- Den seneste blegningsbegivenhed kan være forbi, men rev er stadig i fare
Den skyldige er normalt blegning af koraller, en sygdom, der forværres af opvarmende farvande, der i dag truer rev over hele kloden. Den værste registrerede blegningsbegivenhed ramte det sydlige Stillehav mellem 2014 og 2016, da stigende havtemperaturer efterfulgt af en pludselig tilstrømning af varme El Niño-farvande traumatiserede Great Barrier Reef. På blot en sæson desimerede blegning næsten en fjerdedel af det store økosystem, der engang sprang næsten 150.000 kvadrat miles gennem Koralhavet.
”Så forfærdelig som det var, den blegningsbegivenhed var et wake-up call, ” siger Rachel Levin, en molekylærbiolog, der for nylig foreslog en dristig teknik til at redde disse vigtige økosystemer. Hendes idé, der er offentliggjort i tidsskriftet Frontiers in Microbiology, er enkel: I stedet for at finde sunde symbionter til at genopbygge bleget koral i naturen, konstruer dem i laboratoriet i stedet. I betragtning af at dette ville kræve manipulation med naturen på en betydelig måde, vil forslaget sandsynligvis skabe kontroversielle farvande.
Men Levin argumenterer for, at når tiden løber ud for rev overalt i verden, kunne den potentielle værdi meget værd risikoen.
Levin studerede kræftfarmakologi som bachelor, men blev fascineret af truslerne mod akvatiske liv, mens han dybede i kurser i havvidenskab. Hun blev slået af det faktum, at der i modsætning til i menneskelig sygdomsforskning, var der langt færre forskere, der kæmpede for at genoprette havets sundhed. Efter at hun var uddannet flyttede hun fra Californien til Sydney, Australien for at forfølge en ph.d. ved Center for Marine Bioinnovation på University of New South Wales med håb om at anvende hendes ekspertise inden for forskning i menneskelig sygdom på koraller.
Inden for medicin tager det ofte truslen om en alvorlig sygdom for forskere at prøve en ny og kontroversiel behandling (dvs. fusionere to kvinders sunde æg med en mands sæd for at gøre en "tre-forældre baby"). Det samme gælder miljøvidenskab - til en vis grad. ”Som en frygtelig sygdom [hos] mennesker, når folk er klar over, hvor alvorlig situationen er ved at blive, begynder forskerne at forsøge at foreslå meget mere, ” siger Levin. Når det kommer til at redde miljøet, er der dog færre talsmænd, der er villige til at implementere risikable, banebrydende teknikker.
Når det kommer til rev - vigtige havregioner, der har en forbløffende mængde af mangfoldighed og beskytter landmasser mod stormbølger, oversvømmelser og erosion - kunne tøven være dødelig.
Korallblegning præsenteres ofte som død af koraller, hvilket er lidt vildledende. Faktisk er det sammenbruddet af den symbiotiske union, der sætter en koral i stand til at trives. Koraldyret i sig selv er som en bygherre, der konstruerer stilladser af et højhuse-lejlighedskompleks. Udvikleren lejer hver af milliarder af værelser ud til enkeltcellede, fotosyntetiske mikrober kaldet Symbiodinium.
Men i dette tilfælde, til gengæld for et sikkert sted at bo, fremstiller Symbiodinium mad til koraller ved hjælp af fotosyntesen. En bleget koral derimod er som en øde bygning. Uden lejere til at tilberede deres måltider, dør koraller til sidst.
Selvom blegning kan være dødbringende, er det faktisk en smart evolutionsstrategi af koralen. Symbiodiniumet forventes at opretholde deres afslutning af forhandlingen. Men når vandet bliver for varmt, stopper de med at syntetisere. Når den fødevarer bliver knap, sender korallen en udsættelsesmeddelelse. ”Det er som at have en dårlig lejer - du kommer af med det, du har, og ser om du kan finde det bedre, ” siger Levin.
Men når verdenshavene fortsætter med at varme, er det sværere og sværere at finde gode lejere. Det betyder, at udsættelser kan være risikable. I et opvarmende hav kan koraldyret muligvis dø, før det kan finde bedre lejere - et scenarie, der har decimeret revøkosystemer rundt om i planeten.
Levin ønskede at løse dette problem ved at skabe en ligetil opskrift på at opbygge en supersymbion, der kunne genopbygge blegede koraller og hjælpe dem til at vedvare gennem klimaforandringer - i det væsentlige de perfekte lejere. Men hun var nødt til at begynde i det små. På det tidspunkt "var der så mange huller og huller, der forhindrede os i at gå videre, " siger hun. ”Alt hvad jeg ville gøre var at vise, at vi kunne genetisk manipulere [ Symbiodinium ].”
Selv det ville vise sig at være en høj ordre. Den første udfordring var, at Symbiodinium på trods af at være en encellet organisme har et uhåndterligt genom. Normalt har symbiotiske organismer strømlinede genomer, da de stoler på deres værter for det meste af deres behov. Selvom andre arter har genom på ca. 2 millioner basepar, er Symbiodiniums genom 3 størrelsesordener større.
”De er humongøse, ” siger Levin. Faktisk er hele det menneskelige genom kun lidt mindre end 3 gange så stort som Symbiodiniums .
Selv efter fremskridt inden for DNA-sekventering gjorde det muligt at dechiffrere disse genomer, vidste forskere stadig ikke, hvad 80 procent af generne var til. ”Vi var nødt til at bagspore og styre sammen, hvilket gen der gjorde hvad i denne organisme, ” siger Levin. Symbiodinium, der er medlem af en gruppe planteplankton kaldet dinoflagellater, er utroligt forskellige. Levin henvendte sig til to vigtige Symbiodinium- stammer, hun kunne vokse i sit laboratorium.
Den første stamme, som de fleste Symbiodinium, var sårbar over for de høje temperaturer, der forårsager koralblegning. Drej varmeskiven op et par hak, og denne kriterie var toast. Men den anden stamme, der var blevet isoleret fra de sjældne koraller, der lever i de varmeste miljøer, syntes at være uigennemtrængelig for varme. Hvis hun kunne finde ud af, hvordan disse to stammer udøvede deres gener under blegningsbetingelser, kunne hun muligvis finde de genetiske nøgler til at konstruere en ny superstamme.
Da Levin skruede op for varmen, så hun, at det hårdføre Symbiodinium eskalerede sin produktion af antioxidanter og varmechokproteiner, som hjælper med at reparere celleskader forårsaget af varme. Det overraskende gjorde det normale Symbiodinium ikke. Levin henvendte sig derefter til at finde ud af en måde at indsætte flere kopier af disse afgørende varmetolerante gener i det svagere Symbiodinium, hvorved der skabes en stamme tilpasset til at leve med koraller fra tempererede regioner - men med værktøjerne til at overleve opvarmende oceaner.
At få nyt DNA i en dinoflagellatcelle er ingen let opgave. Mens de er små, er disse celler beskyttet af pansrede plader, to cellemembraner og en cellevæg. ”Du kan komme igennem, hvis du skubber hårdt nok, ” siger Levin. Men så igen, kan du ende med at dræbe cellerne. Så Levin anmodede om hjælp fra en usandsynlig samarbejdspartner: en virus. Når alt kommer til alt har vira "udviklet sig for at være i stand til at sætte deres gener i deres værts genom - det er sådan de overlever og reproducerer, " siger hun.
Levin isolerede en virus, der inficerede Symbiodinium og molekylært ændrede den, så den ikke længere dræbte cellerne. I stedet konstruerede hun det til at være et godartet leveringssystem for de varmetolerante gener. I sin artikel argumenterer Levin for, at virussens nyttelast kunne bruge CRISPR, den banebrydende genredigeringsmetode, der er afhængig af en naturlig proces brugt af bakterier, til at skære og indsætte disse ekstra gener i et område af Symbiodiniumets genom, hvor de ville være meget gav udtryk for.
Det lyder ligetil nok. Men det er aldrig nemt at kommunikere med et levende økosystem, siger Dustin Kemp, professor i biologi ved University of Alabama i Birmingham, der studerer de økologiske virkninger af klimaændringer på korallrev. ”Jeg er meget for disse løsninger til at bevare og genetisk hjælpe, ” siger Kemp. Men "genopbygning af rev, der har taget tusinder af år, bliver en meget skræmmende opgave."
I betragtning af den svimlende mangfoldighed af Symbiodinium- stammer, der lever inden for kun en koralart, selvom der var et robust system til genetisk modifikation, undrer Kemp, om det nogensinde ville være muligt at konstruere nok forskellige super- Symbiodinium til at gendanne denne mangfoldighed. ”Hvis du rydder en gammel vækstskov og derefter går ud og planter et par fyrretræer, er det virkelig at redde eller genopbygge skoven?” Spørger Kemp, der ikke var involveret i undersøgelsen.
Men Kemp er enig i, at rev dør i en alarmerende hastighed, for hurtigt til at den naturlige udvikling af Symbiodinium kan holde trit. ”Hvis koraller hurtigt udviklede sig til at håndtere [opvarmende farvande], ville du tro, vi ville have set det nu, ” siger han.
Thomas Mock, en marin mikrobiolog ved University of East Anglia i Storbritannien og en pioner inden for genetisk modificering af planteplankton, påpeger også, at dinoflagellatbiologi stadig stort set er indhyllet i mystik. ”For mig er det rod, ” siger han. ”Men sådan starter det normalt. Provokerende argument er altid godt - det er meget meget udfordrende, men lad os komme i gang et eller andet sted og se, hvad vi kan opnå. ”For nylig har CSIRO, den australske regerings videnskabsafdeling, annonceret, at den vil finansiere laboratorier til at fortsætte med at undersøge genetiske modifikationer i korale symbionter.
Når det kommer til menneskers sundhed - for eksempel at beskytte mennesker mod ødelæggende sygdomme som malaria eller Zika - har forskere været villige til at prøve mere drastiske teknikker, såsom at frigive myg, der er genetisk programmeret til at viderebringe dødelige gener. De genetiske modifikationer, der er nødvendige for at redde koraller, hævder Levin, ville ikke være næsten lige så ekstreme. Hun tilføjer, at meget mere kontrolleret laboratorieundersøgelse er påkrævet, før genetisk modificeret Symbiodinium kunne frigives i miljøet for at genbefolke døende korallrev.
"Når vi taler 'genetisk konstrueret', ændrer vi ikke disse arter væsentligt, " siger hun. ”Vi laver ikke meget mutante ting. Alt, hvad vi prøver at gøre, er at give dem en ekstra kopi af et gen, de allerede har for at hjælpe dem ... vi prøver ikke at være gale forskere. ”
