Wat in veel opzichten een gok was, heeft zijn vruchten afgeworpen voor een toegewijde groep biologen - en mogelijk voor andere wetenschappers die op zoek waren naar een nieuwe manier om bedreigde soorten te behouden.
Met behulp van bevroren sperma om levende eieren te bemesten, konden de onderzoekers elkhornkoraal ( Acropora palmata ) uit een geografisch gebied fokken met elkhorn uit een ander gebied, waardoor de weg werd vrijgemaakt om mogelijk niet alleen die bedreigde diersoort te redden en het weerbaarder te maken tegen klimaatverandering, maar biedt ook een weg van hoop om andere soorten te herstellen.
"Niemand geloofde dat we dit konden doen", zegt Mary Hagedorn, senior onderzoekswetenschapper aan het Smithsonian Conservation Biology Institute en co-hoofdauteur op een paper over het werk dat vorige week werd gepresenteerd op de Reef Futures Conference in Florida.
“Het was Herculean dat we dit voor elkaar kregen. Het werk was zo moeilijk op elk niveau ”, zegt ze.
Hagedorn en honderden collega's werkten samen aan het project, waarbij gecryopreserveerd elkhornsperma uit Florida, Puerto Rico en Curaçao in het Caribisch gebied werd gebruikt om levende eieren, verzameld uit elkhornkoraal op Curaçao, te bemesten om larven te creëren die vervolgens in isolatietanks op kwekerijen in Florida werden gekweekt. Tot dusver vormen de één maand oude babykoralen (of rekruten) een van de grootste levende populaties die zijn gemaakt van gecryopreserveerd materiaal - met uitzondering van mensen, zegt Hagedorn.
Collega's die koralen bestuderen, hadden het idee van het gebruik van cryopreservatie als een geassisteerde reproductietechniek veracht, zegt ze. "Het was erg moeilijk om mensen te laten begrijpen hoe belangrijk dit wetenschappelijke proces niet alleen was voor het behoud van biodiversiteit, maar ook voor het helpen bij herstelprocessen, vooral waar we proberen betere, robuustere koralen voor de toekomst te creëren", zegt Hagedorn.
"Het is extra speciaal dat we deze doorbraak hebben gemaakt in elkhorn koralen, omdat ze zo belangrijk zijn voor het bouwen van koraalriffen en het beschermen van kusten rondom het Caribisch gebied", zegt co-auteur Kristen Marhaver. (SCBI, foto door Stephani Gordon) "In staat zijn om koraalsperma te cryopreserveren, stelt ons in staat koralen te kweken op dezelfde manier waarop mensen al eeuwen gewassen verbouwen - door genetische diversiteit in zaadbanken te bewaren en de sterkste individuen uit lokale populaties te fokken om de soort te helpen over het algemeen beter te doen, " zegt de studie. co-hoofdauteur Kristen Marhaver in een Smithsonian persbericht.
De onderzoekers kozen voor de elkhorn - een snelgroeiend groot, vertakkend koraal met dikke gewei-achtige takken - omdat het fungeert als een essentiële beschermer voor eilanden die worden geconfronteerd met vernietiging door stijgende zeeën, en vanwege het belang ervan bij het bieden van een vishabitat in het Caribisch gebied. Het is ook sinds 2006 vermeld als een bedreigde soort door de National Marine Fisheries Service.
Elkhorn is in het Caribisch gebied met meer dan 90 procent gedaald - door ziekte en warm water.
"Het is extra speciaal dat we deze doorbraak hebben gemaakt in elkhorn koralen, omdat ze zo belangrijk zijn voor het bouwen van koraalriffen en het beschermen van kustlijn rondom het Caribisch gebied", zegt Marhaver, een universitair onderzoeker bij CARMABI Research Station in Curaçao.
Het idee achter het werk was om te zien of de elkhorn in het warme water voor de kust van Curaçao een soort speciale attributen kon verlenen aan elkhorn in de kust van Florida en Puerto Rico, die nu hogere temperaturen ervaart.
In plaats van een elandhoorn van Curaçao naar de andere locaties te verplaatsen - die, hoewel ze dezelfde soort zijn, mogelijk nieuwe schimmels of bacteriën in die niet-inheemse wateren kunnen introduceren - besloten ze om het sperma en de eieren van de elandhoorn van verschillende locaties.
Maar de onderzoekers moesten eerst zowel sperma als eieren vangen - wat timing en een beetje geluk inhield. Elkhorns zijn, net als alle koralen, hermafrodieten en geven dus zowel eieren als sperma tegelijkertijd af.
Het is bekend dat elkhorn in augustus eenmaal per jaar in het Caribisch gebied spawnt, meestal rond een volle maan. Om het sperma te krijgen, dalen duikers normaal gesproken naar een rif en zoeken ze naar het signaal dat de elkhorn zich 'zet' of de sperma-eierbundels vasthoudt. Ze houden die bundels slechts ongeveer een half uur vast, dus duikers moeten snel een kunstzijde-net over de bundels gooien - die bijna op acne lijken - en wachten tot ze loslaten, zegt Hagedorn. Het net leidt de drijvende bundels in een verzamelapparaat en wetenschappers kunnen later het sperma, een melkachtige vloeistof, van de eieren scheiden.
Beide zijn slechts vijf tot zeven uur levensvatbaar - wat het idee van het fokken van een Curaçaose elkhorn met een Florida elkhorn een lastige propositie maakt. Maar in 2007 ontwikkelden Hagedorn en haar collega's een techniek om sperma te bevriezen. Ze begonnen in 2008 een spermabank in Puerto Rico en snel daarna in Florida. Dat bevroren sperma werd gebruikt om de levende eieren te bemesten die ze op Curaçao hadden verzameld.
Toch verliep het incassoproces niet soepel op Curaçao. De riffen waren dicht bij de kust, wat de toegang gemakkelijk maakte - duikers waadden gewoon in met hun uitrusting. Maar Hagedorn en haar collega's wisten niet helemaal zeker wanneer elkhorn op Curaçao spawnt. Met een volle maan eind juli en een andere in augustus, wilden ze geen enkel risico nemen. Dus, gedurende zes weken, maakten de wetenschappers zich klaar om te verzamelen, en de duikers gingen naar het rif - elke nacht - totdat ze eindelijk getuige waren van een grote spawn gedurende twee dagen begin september, bijna twee weken na de volle maan van augustus.
De onderzoekers gebruikten vers sperma uit Curaçao om die verse eieren te bemesten. Ze creëerden ook drie andere batches van kruisen. Ze gebruikten bevroren sperma van elkhorn uit Curaçao, Florida en Puerto Rico elk om de eieren van elkhorn uit Curaçao te bevruchten.
Het is niet verrassend dat het verse sperma het beter deed dan het bevroren - een bemestingspercentage van 91 procent, vergeleken met 37 tot 82 procent voor het bevroren Curaçaose sperma, 3 tot 19 procent voor het bevroren sperma in Florida en 0 tot 24 procent voor het bevroren Puerto Rico sperma. Hagedorn zegt dat het vaak afhankelijk was van de eikwaliteit, die varieerde gedurende de twee nachten. En het bevroren sperma was in sommige gevallen al 10 jaar op ijs; vandaag zijn cryopreservatietechnieken beter en zouden ze waarschijnlijk leiden tot hogere succespercentages, zegt ze.
En hoewel de koralen dezelfde soort zijn, hebben ze een aantal genetische verschillen, dus biologische incompatibiliteit is ook een probleem, zegt Hagedorn. "Maar het werkte, dat was het belangrijkste", merkt ze op.
De onderzoekers hadden gehoopt 100.000 bevruchte larven te verzamelen en te sturen, maar konden in plaats daarvan slechts 20.000 maken. Op een maand leefde 55 procent van de juvenielen gemaakt van bevroren sperma, en 81 procent van degenen gemaakt met vers sperma, nog in leven bij de twee instellingen, het Mote Marine Laboratory en het Florida Aquarium Center for Conservation, waar ze worden gevolgd. Dat is een enorm succes, zegt Hagedorn.
"Ik denk dat het beste dat ik ooit heb gedaan vier procent is", zegt ze. "De groei is net fenomenaal."
De volgende stap is om te laten zien dat ze volwassen kunnen worden. En de hoop is om die rijping te versnellen - met behulp van een door Mote ontwikkelde techniek - om ze op driejarige leeftijd te laten spawnen in plaats van zeven, zegt Hagedorn.
En uiteindelijk zou ze een manier willen vinden om de nieuwe, mogelijk veerkrachtiger elkhorns in de oceaan te krijgen. "Terwijl we proberen betere hulpmiddelen voor restauratie te creëren, moeten we ze in het wild kunnen proberen, " zegt Hagedorn. "Waarom anders ze maken?"
Omdat ze gekruist zijn, is het bewijs dat ze dezelfde soort zijn, hoewel geïsoleerde, geografisch verre soorten. Ondanks de overeenkomsten moet introductie in het wild niet licht worden opgevat, zegt Hagedorn. "We moeten heel voorzichtig zijn in hoe we dat doen."
Financiering voor dit project werd verstrekt door Paul G. Allen Philanthropies, de Paul M. Angell Family Foundation en het Volgenau-Fitzgerald Family Fund.
