Het bouwen van een koraalrif duurt duizenden jaren, maar kan in een oogwenk verdwijnen.
gerelateerde inhoud
- Diep water koralen gloeien voor hun leven
- Het nieuwste bleek-evenement kan voorbij zijn, maar riffen zijn nog steeds in gevaar
De dader is meestal koraalverbleking, een ziekte verergerd door warm water dat tegenwoordig riffen over de hele wereld bedreigt. Het slechtste geregistreerde bleekproces trof de Zuidelijke Pacific tussen 2014 en 2016, toen stijgende zeetemperaturen gevolgd door een plotselinge instroom van warme El Niño-wateren het Great Barrier Reef traumatiseerden. In slechts één seizoen ontbrak het bleken bijna een kwart van het uitgestrekte ecosysteem, dat ooit bijna 150.000 vierkante kilometer groot was door de koraalzee.
"Hoe vreselijk het ook was, die bleekgebeurtenis was een wake-upcall", zegt Rachel Levin, een moleculair bioloog die onlangs een gewaagde techniek voorstelde om deze belangrijke ecosystemen te redden. Haar idee, gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Microbiology, is eenvoudig: in plaats van gezonde symbionten te vinden om gebleekt koraal in de natuur te bevolken, kun je ze in plaats daarvan in het lab bouwen. Gezien het feit dat dit op significante wijze met de natuur moet worden geknoeid, zal het voorstel waarschijnlijk controversiële wateren roeren.
Maar Levin beweert dat met de tijd die voor riffen wereldwijd opraakt, de potentiële waarde het risico wel waard zou kunnen zijn.
Levin studeerde kankerfarmacologie als niet-gegradueerde, maar raakte gefascineerd door de bedreigingen voor het leven in het water terwijl hij zich bezig hield met cursussen mariene wetenschap. Ze werd getroffen door het feit dat er, anders dan bij onderzoek naar menselijke ziekten, veel minder onderzoekers vochten om de gezondheid van de oceaan te herstellen. Na haar afstuderen verhuisde ze van Californië naar Sydney, Australië om een Ph.D. in het Centre for Marine Bio-Innovation aan de Universiteit van New South Wales, in de hoop haar expertise in onderzoek naar menselijke ziekten toe te passen op koralen.
In de geneeskunde is er voor onderzoekers vaak de dreiging van een ernstige ziekte om een nieuwe en controversiële behandeling te proberen (dat wil zeggen het samenvoegen van de gezonde eieren van twee vrouwen met het sperma van één man om een "drieouderbaby" te maken). Hetzelfde geldt in de milieuwetenschap - tot op zekere hoogte. "Als een vreselijke ziekte [bij] mensen, wanneer mensen beseffen hoe nijpend de situatie wordt, beginnen onderzoekers veel meer voor te stellen, " zegt Levin. Als het gaat om het redden van het milieu, zijn er echter minder voorstanders die bereid zijn risicovolle, baanbrekende technieken te implementeren.
Als het gaat om riffen - cruciale mariene regio's die een verbazingwekkende hoeveelheid diversiteit herbergen en landmassa's beschermen tegen stormvloeden, overstromingen en erosie - kan die aarzeling fataal zijn.
Koraalverbleking wordt vaak gepresenteerd als de dood van koraal, wat een beetje misleidend is. Eigenlijk is het de afbraak van de symbiotische unie waardoor een koraal kan gedijen. Het koraaldier zelf is als een bouwontwikkelaar die de steiger bouwt van een hoogbouw appartementencomplex. De ontwikkelaar verhuurt elk van de miljarden kamers aan eencellige, fotosynthetische microben genaamd Symbiodinium.
Maar in dit geval maakt Symbiodinium, in ruil voor een veilige plek om te leven, voedsel voor het koraal met behulp van fotosynthese. Een gebleekt koraal daarentegen is als een verlaten gebouw. Zonder huurders om hun maaltijden te bereiden, sterft het koraal uiteindelijk.
Hoewel bleken dodelijk kan zijn, is het eigenlijk een slimme evolutionaire strategie van het koraal. Van het Symbiodinium wordt verwacht dat zij hun einde van het koopje handhaven. Maar wanneer het water te warm wordt, stoppen ze met fotosynthese. Wanneer dat voedsel schaars wordt, stuurt het koraal een ontruimingsbericht. "Het is alsof je een slechte huurder hebt - je gaat af van wat je hebt en kijken of je het beter kunt vinden, " zegt Levin.
Maar terwijl de oceanen blijven opwarmen, is het steeds moeilijker om goede huurders te vinden. Dat betekent dat uitzettingen riskant kunnen zijn. In een verwarmende oceaan kan het koraaldier sterven voordat het betere huurders kan vinden - een scenario dat de ecosystemen van het rif rond de planeet heeft gedecimeerd.
Levin wilde dit probleem oplossen door een eenvoudig recept te maken voor het bouwen van een super-symbiont dat gebleekte koralen opnieuw kon bevolken en hen kon helpen om door klimaatverandering te blijven bestaan - in wezen de perfecte huurders. Maar ze moest klein beginnen. Destijds "waren er zoveel gaten en gaten die ons beletten vooruit te gaan", zegt ze. "Het enige wat ik wilde doen was laten zien dat we genetisch [ Symbiodinium ] konden ontwikkelen."
Zelfs dat zou een hele opgave blijken te zijn. De eerste uitdaging was dat Symbiodinium, hoewel het een eencellig organisme is, een log log genoom heeft. Meestal hebben symbiotische organismen gestroomlijnde genomen, omdat ze voor het grootste deel van hun behoeften op hun gastheren vertrouwen. Hoewel andere soorten genomen genomen ongeveer 2 miljoen basenparen hebben, is het genoom van Symbiodinium 3 ordes van grootte groter.
"Ze zijn gigantisch, " zegt Levin. Het hele menselijke genoom is zelfs maar iets minder dan 3 keer zo groot als dat van Symbiodinium .
Zelfs nadat vorderingen in DNA-sequencing deze genomen mogelijk maakten, hadden wetenschappers nog steeds geen idee waar 80 procent van de genen voor diende. "We moesten teruggaan en samenvoegen welk gen wat in dit organisme deed", zegt Levin. Symbiodinium, lid van een groep fytoplankton genaamd dinoflagellaten, is ongelooflijk divers. Levin richtte haar aandacht op twee belangrijke Symbiodinium- soorten die ze in haar laboratorium kon laten groeien.
De eerste soort, zoals de meeste Symbiodinium, was kwetsbaar voor de hoge temperaturen die koraalverbleking veroorzaken. Draai de hitteknop een paar centimeter hoger en deze beest was toast. Maar de andere soort, die was geïsoleerd van de zeldzame koralen die in de warmste omgevingen leven, leek ongevoelig voor hitte. Als ze erachter kon komen hoe deze twee stammen hun genen hanteerden tijdens het bleken, dan zou ze misschien de genetische sleutels vinden om een nieuwe superstam te ontwikkelen.
Toen Levin de hitte hoger zette, zag ze dat het winterharde Symbiodinium de productie van antioxidanten en hitte- shockeiwitten escaleerde, die cellulaire schade door hitte helpen herstellen. Het is niet verwonderlijk dat het normale Symbiodinium dat niet deed. Levin richtte vervolgens haar aandacht op het bedenken van een manier om meer exemplaren van deze cruciale warmtetolererende genen in het zwakkere Symbiodinium te steken, waardoor een soort werd gecreëerd die is aangepast om te leven met koralen uit gematigde gebieden - maar met de hulpmiddelen om opwarmende oceanen te overleven.
Nieuw DNA in een dinoflagellaatcel krijgen is geen gemakkelijke taak. Hoewel klein, worden deze cellen beschermd door gepantserde platen, twee celmembranen en een celwand. "Je kunt erdoorheen komen als je hard genoeg duwt, " zegt Levin. Maar nogmaals, je zou uiteindelijk de cellen kunnen doden. Dus vroeg Levin om hulp van een onwaarschijnlijke medewerker: een virus. Virussen zijn immers 'geëvolueerd om hun genen in het genoom van hun gastheer te kunnen stoppen - zo overleven en reproduceren ze', zegt ze.
Levin isoleerde een virus dat Symbiodinium infecteerde en veranderde het moleculair zodat het de cellen niet langer doodde. In plaats daarvan ontwikkelde ze het als een goedaardig afleveringssysteem voor die warmtetolererende genen. In haar artikel betoogt Levin dat de nuttige lading van het virus CRISPR zou kunnen gebruiken, de baanbrekende techniek voor het bewerken van genen die afhankelijk is van een natuurlijk proces dat door bacteriën wordt gebruikt, om die extra genen te knippen en plakken in een regio van het genoom van het Symbiodinium waar ze zeer uitgedrukt.
Het klinkt eenvoudig genoeg. Maar rommelen met een levend ecosysteem is nooit eenvoudig, zegt Dustin Kemp, hoogleraar biologie aan de Universiteit van Alabama in Birmingham, die de ecologische effecten van klimaatverandering op koraalriffen bestudeert. "Ik ben een groot voorstander van deze oplossingen om te behouden en genetisch te helpen", zegt Kemp. Maar "het opnieuw opbouwen van riffen die duizenden jaren hebben geduurd, wordt een heel ontmoedigende taak."
Gezien de verbluffende diversiteit van de Symbiodinium- stammen die binnen slechts één koraalsoort leven, vraagt Kemp zich af of het ooit mogelijk zou zijn om genoeg verschillende super- Symbiodinium te bouwen om die diversiteit te herstellen, zelfs al was er een robuust systeem voor genetische modificatie. "Als je een oud groeibos kapt en vervolgens naar buiten gaat en een paar pijnbomen plant, is dat dan echt het bos aan het redden of aanleggen?" Vraagt Kemp, die niet bij de studie was betrokken.
Maar Kemp is het ermee eens dat riffen in een alarmerend tempo sterven, te snel om de natuurlijke evolutie van Symbiodinium bij te houden. "Als koralen snel evolueerden om [verwarmende wateren] aan te kunnen, zou je denken dat we het nu al zouden hebben gezien, " zegt hij.
Thomas Mock, een mariene microbioloog aan de Universiteit van East Anglia in het Verenigd Koninkrijk en een pionier in het genetisch modificeren van fytoplankton, wijst er ook op dat dinoflagellate biologie nog steeds grotendeels in mysterie is gehuld. "Voor mij is dit rotzooien, " zegt hij. “Maar zo begint het meestal. Provocerend argument is altijd goed - het is heel erg uitdagend, maar laten we ergens beginnen en kijken wat we kunnen bereiken. ”Onlangs heeft CSIRO, de wetenschapsafdeling van de Australische regering, aangekondigd dat het laboratoria zal financieren om door te gaan met het onderzoeken van genetische modificaties in koraalsymbionten.
Als het gaat om de gezondheid van de mens - bijvoorbeeld het beschermen van mensen tegen verwoestende ziekten zoals malaria of Zika - zijn wetenschappers bereid geweest om meer ingrijpende technieken te proberen, zoals het vrijgeven van muggen die genetisch zijn geprogrammeerd om dodelijke genen door te geven. De genetische modificaties die nodig zijn om koralen te redden, zijn volgens Levin lang niet zo extreem. Ze voegt eraan toe dat veel meer gecontroleerde laboratoriumtests vereist zijn voordat genetisch gemodificeerd Symbiodinium in het milieu kan worden vrijgegeven om stervende koraalriffen opnieuw te bevolken.
"Als we het hebben over 'genetisch gemodificeerd', veranderen we deze soorten niet significant, " zegt ze. “We maken geen enorm gemuteerde dingen. Het enige wat we proberen te doen is ze een extra kopie geven van een gen dat ze al hebben om ze te helpen ... we proberen geen gekke wetenschappers te zijn. '
