Korallrev, de frodige levesteder, der måske er hjemsted for en fjerdedel af havets arter, dør væk i en alarmerende hastighed. De Forenede Nationer projicerer, at hvis havtemperaturerne stiger som forventet, vil ingen af de 29 rev, der er opført som UNESCOs verdensarvslister, stadig huse funktionelle økosystemer inden år 2100. Sådanne dystre muligheder har ansporet forskere til at forberede sig på det værste ved at tænke uden for kassen .
Ved hjælp af en frostvæskeopløsning, der er fyldt med guldpartikler og hurtig-optøningslasere, har et Hawaii-baseret team kryogentisk frosset og med succes optøet koralllarver for første gang. Gennembrudet kunne gøre det muligt for biobankering af korallarter at bevare den forsvindende mangfoldighed af rev rundt om i verden. Kryogenik kan også hjælpe med at genoprette bestræbelserne ved at opretholde en frosset bestand af koralllarver, klar til at genopbygge døde eller døende rev.
”Vi kan fryse larver, vi kan bringe dem tilbage, og de er i live, ” siger Mary Hagedorn, en koralbiolog fra Smithsonian Conservation Biology Institute (SCBI). De næste trin, bemærker hun, er at sikre, at korallerne kan fungere levedygtigt på et rev og opskalerer processen for at arbejde på et stort antal koraller.
Konfokale billeder af en dag 3-larver, der viser fluorescens fra GFP (til venstre) og distribution af DyLight-belagte guld nanorodpartikler, der omgiver larven i kryobeskyttelsesmiddel (til højre). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Hagedorn var medforfatter til forskning, der for nylig blev offentliggjort i Scientific Reports, hvor det blev beskrevet, hvordan larver af svampekoraller ( Fungia scutaria ) med succes blev frosset og genoplivet til at udvikle sig normalt og svømme i op til 12 timer. Forskere ville være begejstrede, hvis verdens decimerede korallrev kunne nyde en så succesrig anden akt.
Rev og den svimlende biodiversitet, de er vært, er under belejring fra et hurtigt skiftende klima. Selv de udbredte konsekvenser for landbrudte mennesker inkluderer nedsat fødevareforsyning og destruktiv erosion af befolkede kyster. Og større dødsfald af rev er ikke kun et spørgsmål om fremskrivning, de er allerede en realitet. En massiv begivenhed for blegning af koraller 2014-17 stressede 75 procent af verdens rev og dræbte ca. 30 procent af koraller på det berømte Great Barrier Reef. Sådanne episoder bliver så hyppige, at den nylige nationale klimavurdering antyder, at koralblegning vil være en årlig begivenhed på Hawaii-øerne og Amerikansk Samoa i 2040.
Koraller kan tilpasse sig skiftende miljøer, men nogle steder er tempoet simpelthen for hurtigt. Muligheden for isdannelse og genanimering af dem kan hjælpe med at købe noget tid.
Phalloidinfarvning: Hel fluorescerende mikroskopiske phalloidinbilleder af udviklingen af F. scutaria larver farvet for actin. (Smithsonian Conservation Biology Institute) Frysekoraller viste sig relativt let, siger Hagedorn. Larverne blev simpelthen dyppet ned i flydende nitrogen efter at have været behandlet med en type kryobeskyttelsesmiddel "frostvæske", der var specielt sammensat til at hjælpe dem med at fryse jævnt uden dannelse af iskrystaller.
”Iskrystaller er virkelig vores nemesis, ” siger hun. ”Der kan være nogle små kerner, der dannes under fryseprocessen, og du kan tænke på dem som snefnug. Men du vil ikke have, at disse snefnug skal vokse til større isspyd, der ødelægger cellerne. ”I modsætning hertil er iskrystallproblemet faktisk på det værste under opvarmning af frosne prøver.
"Forestil dig vand, langsomt fryser, og det punkt, hvor nogle få krystaller pludselig vokser relativt hurtigt til iskolde skår, når det fryser, " forklarer Jonathan Daly, hovedforfatter på papiret og en postdoktor ved SCBI og Hawaii Institute of Marine Biologi. "Det sker inden for et bestemt temperaturområde, og du går gennem det interval, når du køler, men også når du varmer."
Mest celledød forekommer under opvarmningsprocessen, men forskere kan forhindre, at der dannes iskrystaller ved hurtigt at optø korallarverne. For at opnå hastighed brugte teamet en teknik, som Hagedorn finspoldt på zebrafiskembryoer med en en-to-stans af faste guldpartikler og laserlys.
Hollywood-lasere er måske varme nok til at fordampe en fremmed, men laboratorieversioner kunne stadig ikke overføre varme hurtigt og jævnt nok til at optø et lille embryo uden hjælp. Så videnskabsmændene introducerede nanogoldpartikler fordelt gennem frostvæskeopløsningen, som absorberede lys fra laseren og gjorde det til varme, der bragte koralen med succes ud af dens fryser. ”Det tiner inden for et sekund, ” siger Daly.
Jonathan Daly kryopræserverer koralllarver. (Gary Cranitch / Great Barrier Reef Foundation) Frysning af levedygtige koraller har potentialet til at bevare den fremtidige biologiske mangfoldighed ved at bevare hele spektret af korallgenetik. ”Vi har ingen idé om, hvordan vi muligvis kan bruge dette materiale om 100 år, men det er virkelig vigtigt at gøre det nu, mens vi stadig har en masse mangfoldighed på rev og mister det meget hurtigt, ” siger Hagedorn. Fjorten arter af koralsæd og embryoner, der er samlet på Great Barrier Reef, er allerede frosset ved Australiens Taronga Western Plains Zoo og ti andre på USDA's National Animal Germplasm Program i fastlåst Fort Collins, CO.
De lagrede sædceller ville kræve parring med levende æg, men Madeleine van Oppen fra det australske Institut for Havvidenskab og University of Melbourne, siger, at denne præstation ændrer spillet ved at demonstrere evnen til at fryse en komplet organisme, der forhåbentlig kan blive optøet ud for at leve og vokse.
”Det er meget vigtigt at bevare den aktuelle genetiske mangfoldighed, så vi i fremtiden kan bruge den meget som en frøbank, der er udviklet til afgrødesorter, ” fortsætter van Oppen. ”Folk kan gå tilbage og lave en bestand af afgrøder, der kan være bedre modstandsdygtige over for tørke eller varme, fordi de har den bank af genetisk mangfoldighed, der giver dem mulighed for at gøre det. Så hvis vi kan gøre noget, der ligner Global Seed Vault for koraller, vil det være ekstremt magtfuldt ind i fremtiden. ”
Desværre er den fremtid ikke her endnu. Svampekoralen blev frosset, fordi dens larver var små og lette at arbejde med. Nu udfordres teamet med at finjustere alt fra frostvæskens sammensætning til laserindstillingerne, så større, revbyggende koraller kan bevares på lignende måde. ”Vi tror, det vil være skalerbart, ” siger Hagedorn.
Voksen svampkoral (F. scutaria). (Smithsonian Conservation Biology Institute) En anden udfordring er enormt at udvide størrelsen på operationen, så den kan bruges til reef restaurering.
”Vi er nødt til at gå fra at fryse hundreder af disse ting til hundreder af tusinder for endda at få noget koraller til at leve på et rev, ” siger Hagedorn. Hvis sådanne antallet af larver kan bevares kryogent, øger det muligheden for at superladere korallens svage reproduktionshastighed. Koral gydning opstår kun, når forholdene er perfekte, en gang om året og bare et par dage.
”Hvis vi kan opbygge et lager med frosne larver, som vi kunne trække ud af fryseren, når vi har brug for at gendanne et rev, kan det gøres når som helst på året, så du er ikke begrænset til en koral gydebegivenhed. Det ville selvfølgelig være helt fantastisk, ”siger van Oppen. ”Det vil især være tilfældet, hvis du kunne kombinere det med noget af det igangværende arbejde for at forsøge at udvikle korallbestand, der er mere varmetolerant.”
Genindførelse af engangsfrosne koraller kan muligvis ikke vise sig meget vellykket på steder, hvor de forhold, der førte til, at rev døde i første omgang stadig vedvarer. Men hvis koralmiljøer forbedres, eller hvis mennesker kan skabe koraller, der er mere modstandsdygtige over for fremtidige forhold, er der en god chance for, at vi har en population af optø og tjene kryogen koraller klar til at drage fordel af.
