Korallide spermapangad: kas kaitsevõrk riffidele?

Korallid Lady Elliot Islandi rifis, mis on Great Barrier Reefi merepargi lõunapoolseim riff. Foto autor: Rebecca Spindler/Taronga loomaaed

Olete kuulnud seemnepankadest – hinnalistest võlvidest, mis hoiavad taimede geneetilist materjali järglaste huvides külmununa. Aga kuidas on lood korallipankadega?

Merebioloog Mary Hagedorn on rohkem kui kümme aastat viljelenud korallide sperma hoolika külmutamise kunsti, kasutades selleks protsessi, mida nimetatakse külmsäilitamiseks. Tema eesmärk on koondada võimalikult palju liike, et neid saaks tulevastes uuringutes ja taastamisel kasutada, ning koolitada teisi teadlasi tema eeskuju järgima.

'Peame koguma seda geneetilist mitmekesisust ja püüdma aidata, kuni ookeanis on veel palju mitmekesisust,' ütleb Hagedorn, Smithsoniani looduskaitsebioloogia instituudi vanemteadur, kes asub Hawaiil Kaneohes.

Maailma korallid seisavad silmitsi ohtudega, mis on nii kohalikud, nagu reostus ja setete kogunemine, kui ka globaalsed, nagu ookeanide temperatuuri ja happesuse taseme tõus, mis tuleneb kasvuhoonegaaside heitkoguste suurenemisest.

Korallide pleegitamine on üks eriti märgatav korallistressi ilming, mis ainult intensiivistub muutuva kliimaga. See juhtub siis, kui ebatavaliselt kõrge või madal veetemperatuur paneb korallid väljutama sümbiootilisi vetikaid, mis annavad neile toitaineid.

'Me näeme pleegitamise tõttu oma riffides laastavaid muutusi,' ütleb Hagedorn. 'See avaldab neile stressi ja pingestab neid nii palju, et paljud neist ei paljune, ja see võib neid stressi tekitada kuni punktini, kus nad [võivad] surra.'

Näide: Austraalia riikliku korallide pleegitamise töörühma tehtud õhu- ja veealused uuringud näitavad, et pleegitamine on vähemalt mingil määral mõjutanud 93 protsenti Suurest Vallrahust. Enim kannatada saanud piirkonnad – rifi põhjaosas – on hukkunud 50-protsendiliselt. tulemuste esialgne väljaanne .

Koralli sugurakkude külmutamine pankades säilitamiseks võib potentsiaalselt aidata teadlastel ja looduskaitsjatel toime tulla korallide mitmekesisuse kadumisega looduses ja sellele vastu seista. Idee seisneb selles, et teadlased saaksid nendest „külmutatud loomaaedadest”, nagu Hagedorn neid nimetab, kasutada materjali, mida saaks kasutada erinevat tüüpi korallide uurimisel, näiteks täiustada korallide kasvatamise ja riffide taastamise tehnikaid.

Kuna paljudel korallidel on piiratud kudemisperioodid, pakuvad pangad ka paremat juurdepääsu katsematerjalile, mida muidu saaks hankida vaid paar korda aastas.

'See ei ole kokaraamatu protsess. Mul kulus mitu aastat, et täpselt aru saada, kuidas korallide spermat külmutada.

Hagedorn oli uurinud kalade külmsäilitamist, kui teda hakkas huvitama korallide olukord. Nende sperma ohutuks külmutamiseks ja säilitamiseks mõeldud protseduuri väljatöötamine ja viimistlemine on kulutanud rohkem kui kümme aastat. 'See ei ole kokaraamatu protsess, ' ütleb Hagedorn. 'Mul kulus mitu aastat, et täpselt aru saada, kuidas korallide spermat külmutada ja kuidas muuta külmutamisprotsess lihtsaks ja välisõbralikuks, et saaksime välitingimustes pankrotti minna.' Ta pani oma esimese sperma edukalt umbes viis või kuus aastat tagasi.

Üldiselt hõlmab korallide sperma ettevalmistamine kudemiseks korallide fragmentide või kolooniate kogumist kudemise äärel (paljud korallid on hermafrodiidid; iga polüüp sisaldab munasarju ja munandeid); asetades need üksikutesse merevette sukeldatud konteineritesse; ja oodates, kuni nad vabastavad oma munaraku ja sperma koos eeterlike kimpudena, mis hõljuvad ülespoole nagu miljonid pisikesed õhupallid.

'See on kõige ilusam asi maa peal, ausalt,' ütleb Hagedorn unistavalt.

Valmis seisvad teadlased imevad kimbud pipettide abil ja asetavad need mereveetorudesse. Pakendid lagunevad lõpuks laiali, munad ujuvad pinnale ja sperma jääb lahusesse. Seejärel 'loome korallide jaoks omamoodi mini viljakuse kliiniku,' ütleb Hagedorn.

Sperma läbib esmalt kvaliteedikontrolli, mille käigus uurivad teadlased mikroskoobi all iga koloonia proove, kontrollides sperma tihedust ja liikuvust. 'See on üsna keeruline töö,' ütleb Madeleine van Oppen, Melbourne'i ülikooli merebioloogia professor ja Austraalia mereteaduse instituudi vanemteadur ning üks Hagedorni kaastöötajaid. 'Sa ei saa lihtsalt koguda spermat ja külmutada; tegelikult peate seda vaatama ja veenduma, et see on piisavalt terve, ' ütleb ta ja lisab, et 'aeg on piiratud, kuna sperma jääb elujõuliseks vaid mitu tundi pärast kolooniast vabastamist.'

Teadlased asetavad virilse sperma väikestesse viaalidesse ja rakendavad jääkristallide moodustumise vältimiseks sisuliselt antifriisi. Seejärel uputavad nad need viaalid spetsiaalsesse vedelat lämmastikku sisaldavasse seadmesse, mis need külmutab. Pärast seda läheb enamik viaalidest konteinerisse, mis hoiab jahedat. 'See on nagu termos, mille sees on spetsiaalne vaht, mis hoiab temperatuuri umbes kaks nädalat,' ütleb Hagedorn.

Seejärel saadetakse need viaalid panka. Praegu säilitavad Hagedorn ja partnerid korallide spermat USDA juures asuvates sügavkülmikutes Riiklik loomade iduplasma programm - kus on ka külmutatud kariloomade geneetiline materjal - ja Austraalia Taronga loomaaed.

(Et tõestada, et külmutamine ei kahjustanud spermat, sulatavad teadlased tarnimata viaalid ja viivad läbi veel ühe kvaliteedikontrolli testi, mille käigus viljastatakse värskeid korallimune, mille nad kogusid varem külmutatud spermaga, et näha, kas need suudavad toota elujõulisi vastseid. on võimeline pinnale settima või juurduma, nagu seda teevad looduslikud korallivastsed kividel.)

Seni on Hagedorn pannud 12 koralliliigi sperma – viis Ameerika Ühendriikide ja Kariibi mere vetest ning ülejäänud Suurest Vallrahust. 'See tähendab, et meie pankades on külmunud miljardeid spermarakke,' ütleb ta.

Hagedorni sõnul piisab ühe liigi 35 koloonia sperma säilitamisest, et tabada 90 protsenti populatsiooni geneetilisest mitmekesisusest. Arvestades, et maailmas on 800 koralliliiki, peaks igast tüüpi spermaproovide kogumine olema 'väga teostatav', st kui rohkem uurimisrühmi ühineb. (Siiani on Hagedorni labor ainus, mis kooskõlastatult lihvib külmsäilitamise ja pangandustehnikaid, ütleb ta.)

Otsustamine, millist korallit panka panna, on osaliselt metoodiline, osaliselt praktiline. Esmatähtsate liikide hulka kuuluvad riffide ehitamiseks eriti olulised liigid, näiteks hargnevad korallid, mis pakuvad teistele organismidele eluks palju nurgataguseid. Kuid mõnikord taandub see lihtsalt pragmaatilisusele, ütleb ta. 'Mida me saame, mis on kudemine, mis toimib?'

Hagedorni meeskond on keskendunud perekonna pangaliikidele Acropora , mille hulka kuuluvad kiiresti kasvavad hargnevad korallid nagu põdrasarv ja staghorn — mõlemad määratud Rahvusvahelise Looduskaitseliidu poolt Kariibi mere piirkonnas kriitiliselt ohustatud. Nad näivad olevat pleegitamise ja haiguste suhtes kõige tundlikumad, ütleb ta.

'Igal aastal juhtub siin all üht või teist... terve koloonia või elanikkond sureb.'

Üks suur väljakutse korallisperma pangandusele on õige ajastuse leidmine. Paljud liigid kudevad väga kitsas aknas, nii et muna- ja spermakimpude kogumine on võidujooks kella vastu. Näiteks kudeb enamik Suure Vallrahu korallidest kõige rohkem paar tundi, vaid kahel kuni kolmel ööl aastas. 'Meie jaoks on olnud tohutu väljakutse saada [Suurest Vallrahust] piisavalt geneetilist materjali, ' ütleb Hagedorn.

Mõned korallide tsüklid on õnneks lõdvestunud. 'Meil on Hawaiil palju pikem paljunemisperiood,' ütleb Hagedorn. 'See algab aprillis ja kestab septembrini.'

Tänavu augustis sõidab Hagedorn Florida Keysisse, kus tema meeskond kavatseb koguda hirvesperma nende lasteaedadest. Korallide taastamise sihtasutus , Key Largos asuv mittetulundusühing, mis kasvatab ja taastab koralle riffidel. Samuti koolitab ta oma meetodite alal rahvusvahelist teadlaste rühma, lootuses, et rohkem meeskondi võtab need kasutusele.

Elastne hübriid: sulatatud staghorn Coral

Sihtasutuse president ja asutaja Ken Nedimyer jagab hea meelega oma korallid Hagedorni meeskonnaga – ta näeb korallipangandust ettevaatusabinõuna. Tema puukoolides on praegu 130 erinevat põdrasarve koralli geneetilist tüve, millest umbes 40 enam looduses ei leidu. 'Igal aastal juhtub siin üks või teine ​​asi ja me kaotame rohkem geneetilist materjali – terve koloonia või populatsioon sureb ja selle populatsiooni geneetika on igaveseks kadunud,' ütleb ta. 'Viimased kaks aastat on olnud korallide pleegitamise tõttu eriti halvad.'

Kuigi Nedimyeri meeskond keskendub korallide aseksuaalsele reprodutseerimisele fragmentidest, mille tulemuseks on geneetilised kloonid, on nad huvitatud ka korallide seksuaalsest paljundamisest. Kuid väetamistehnikatega katsetamine on keeruline, kui liik annab igal aastal ainult värskeid sugurakke, ütleb ta. Kui korallipankadest saaksite ammutada, 'oleks teil aastas 12 kuud nendega koostööd teha ja saaksite seda teha igal ajal.'

Nendest pankadest on aga endiselt puudu võtmetähtsusega inventar: munad.

Korallide munad on palju suuremad kui spermatosoidid ning Hagedorn ütleb, et on olnud keeruline välja mõelda, kuidas neid külmutada, et neis ei tekiks jääkristalle, ja kuidas neid kiiresti sulatada ilma neid kahjustamata. Kuid viimaste aastate edusammud inimeste munarakkude külmutamisel on tema meeskonda inspireerinud ja nad on välja töötanud tehnoloogia korallimunade külmsäilitamiseks, mis tema sõnul tundub paljutõotav. Kui see osutub edukaks, suurendab see meie jõudu tohutult, ütleb ta.

Meetod võib ka veenda rohkem uurimisrühmi alustama korallide pangandust. 'Kui ta naelutab [munade külmsäilitamine], siis ma arvan, et me saame meetodid eksponentsiaalselt kasutusele,' ütleb van Oppen.

Kuid korallipanganduse täiustamine on vaid osa Hagedorni riffide bioloogilise mitmekesisuse säilitamise üldisest plaanist. Tema ja ta meeskond on külmutanud ka näiteks korallides elavaid vetikaid, aga ka korallriffide kalade tüvirakke. 'Püüame kogu riffi järele minna,' ütleb ta. Alati on parem hoida rohkem sääste.