De uitgestrekte gigantische inktvis op onze rug en de staart van een 45-voet model rechtwalvis die boven onze hoofden in de Ocean Hall van het National Museum of Natural History opdoemt, maken het gemakkelijk om ons voor te stellen dat we op een koraalrif zitten. Mary Hagedorn, een marien bioloog bij het Smithsonian Conservation Biology Institute, schetst de scène: “Laten we zeggen dat het allemaal één soort is. We kunnen ons Acropora palmata voorstellen. Ze zien eruit als sequoia's. Het zijn mammoetkoralen en er staan er honderden voor ons. '
De bedreigde soort, ook bekend als elkhornkoraal omdat zijn takken lijken op elandgeweien, is te vinden in ondiep water in het Caribisch gebied. Een keer per jaar, in augustus of september, reproduceert de soort zich seksueel volgens een methode die 'broadcast spawning' wordt genoemd. Met behulp van de maan, zonsondergang (die ze detecteren door fotoreceptoren) en een chemische stof waarmee ze elkaar kunnen 'ruiken', synchroniseren naburige kolonies hun voortplanting. Gedurende twee tot vier nachten geeft elke individuele koraalpolie op een kolonie een bundel eieren en sperma af in de waterkolom. De zakjes, die Hagedorn beschrijft als clusters van druiven, drijven naar de oppervlakte waar ze breken, vermengen zich met die van andere kolonies en bevruchten elkaar.
Hagedorn heeft in totaal 63 spawns van tien verschillende soorten gezien, waaronder Acropora palmata, in het Caribisch gebied en de Stille Oceaan. "We zullen er een paar voor ons hebben en misschien wat links en sommige rechts in die populaties, " zegt ze, zwaaiend met haar armen alsof ze een orkest van spawn koralen dirigeren in ons denkbeeldige rif.
Koraalriffen herbergen een kwart van alle mariene soorten. Ze beschermen kustlijnen tegen orkanen en tsunami's en zijn een bron van potentiële biofarmaceutica. Maar in de afgelopen 30 jaar is maar liefst 80 procent van de koralen alleen in het Caribisch gebied vernietigd. Koraalziekten lopen hoog op doordat de waterkwaliteit verslechtert en de verbranding van fossiele brandstoffen heeft de hoeveelheid kooldioxide opgelost in zeewater verhoogd, wat op zijn beurt de zuurgraad van het water verhoogt. De skeletafzettingen van koralen, die riffen vormen, corroderen in zuur water zoals tanden in frisdrank. Ongeveer een derde van alle koralen wordt met uitsterven bedreigd en sommige koraalexperts zeggen dat we tegen 2050 riffen kunnen verliezen zoals we ze kennen.
Tot zeven jaar geleden studeerde Hagedorn vis. Maar na enig succes bij het cryoconserveren van visembryo's - dat wil zeggen ze invriezen en bewaren voor later gebruik - dacht ze dat ze sommige van dezelfde technieken op koraal zou kunnen toepassen. In 2004 verhuisde ze, om dichter bij koraal te zijn, van Washington, DC naar de noordoostkust van Oahu, waar ze gestationeerd is bij het Hawaii Institute of Marine Biology op Coconut Island. Ze heeft de eerste bevroren bewaarplaatsen van koraalsperma en embryonale cellen gemaakt. De "spermabanken", met monsters van elkhornkoraal en Hawaiiaans paddestoelkoraal, zijn een soort verzekeringspolis, in die zin dat ze over één, 50 of zelfs 1000 jaar kunnen worden afgetapt om de genetische diversiteit aan stervende populaties te herstellen en toe te voegen. "Mijn ding is dat ik het ergste plan en het beste hoop, " zegt ze. “Het is zo'n lage prijs om een bevroren bank te maken. En de kosten om het niet te doen zijn zo astronomisch. Het heeft geen zin om het niet te doen. '
Hagedorn is getuige geweest van in totaal 63 spawns van 10 verschillende soorten in het Caribisch gebied en de Stille Oceaan. (Mary Hagedorn) 
Ongeveer een derde van alle koralen wordt met uitsterven bedreigd en sommige koraalexperts zeggen dat we tegen 2050 riffen kunnen verliezen zoals we ze kennen. (Mike Henley in National Zoo) 
“Als we onze koraalriffen verliezen, is dit het eerste ecosysteem dat we hebben verloren terwijl de mens leeft. Het zal op ons wachten en het meeste is aan ons te danken. Ik denk niet dat dat acceptabel is ', zegt Hagedorn aan de rechterkant. (Jim Daniels) 
Mary Hagedorn heeft de eerste bevroren opslagplaatsen van koraalsperma gemaakt. De 'spermabanken', met hier weergegeven monsters van elkhornkoraal, en Hawaiiaans paddestoelkoraal, zijn een soort verzekeringspolis. (Carlos Villoch / Specialist Stock / Corbis) De uitdaging voor Hagedorn is om op het juiste moment op de juiste plaats te zijn. In Oahu is ze in de juiste positie wanneer Hawaiiaanse paddestoelkoralen twee dagen na de volle maan in juni, juli, augustus en september spawnen. In de loop van de tijd heeft ze haar methoden voor het verzamelen van gameten aangepast. Wanneer de koralen beginnen te "zetten", wat betekent dat ze puistjes worden met bundels eicellen die klaar zijn om te worden vrijgegeven, zetten Hagedorn en haar team duikers fijne, op maat gemaakte netten over individuele koralen. Op het net zit een plastic trechter, bevestigd aan een monsterbeker en een vlotter. Nadat de koralen zijn uitgezet, verzamelen kayakers de monsters en brengen ze naar de kust. "We hopen echt dat dit het soort proces is dat we bijna elke wetenschapper kunnen leren, en zij kunnen het doen in een klein laboratorium op het strand, " zegt ze.
Het sperma en de eieren zijn slechts enkele uren levensvatbaar, dus werken Hagedorn en haar team snel. In het laboratorium, zodra de zakjes uit elkaar vallen, maakt Hagedorn de eieren schoon en bestudeert de beweeglijkheid en concentratie van het sperma onder een microscoop, op vrijwel dezelfde manier als menselijke vruchtbaarheidsspecialisten dat doen. Ze verzamelt meestal graag sperma van vijf tot zeven mannen om te bevriezen. Als ze met een nieuwe soort werkt, test Hagedorn verschillende vriessnelheden. Het sperma wordt afgekoeld van kamertemperatuur tot de temperatuur van vloeibare stikstof, of min 324 graden Fahrenheit, met misschien 10, 20 of 30 graden per minuut. Ze zal vervolgens het sperma ontdooien, de beweeglijkheid controleren en de snelheid bepalen die resulteert in het grootste percentage sterke zwemmers. In de kritische test van het proces heeft Hagedorn met succes bevroren koraalsperma gebruikt om verse eieren te bemesten.
Hagedorn bevriest ook embryonale koraalcellen. Om dit te doen, bevrucht ze verse eieren met vers sperma en wacht, afhankelijk van de soort, ongeveer 12 tot 24 uur totdat de embryo's groeien. Vervolgens trekt ze die embryo's uit elkaar en bevriest ze de embryonale cellen. "We weten niet hoe het nu te doen, maar in de toekomst zullen we hopelijk in staat zijn om die embryonale cellen met meer dan waarschijnlijk koraalstamcellen erin te nemen en ze over te halen tot individueel koraal, " zegt Hagedorn. "Ik hoop dat de menselijke stamcelbiologie zich in een zo snel tempo zal ontwikkelen dat we snel kunnen putten uit die vooruitgang en het kunnen toepassen op koraal."
Hagedorn werkt aan de uitbreiding van haar Hawaiiaanse bank met sperma en embryonale cellen van rijstkoraal, een soort die vatbaar is voor ziekten en bleken. Gedurende twee weken in augustus bezocht ze Smithsonian's Carrie Bow Cay Marine Laboratory in Belize om met uitsterven bedreigd staghorn-koraal te storten. "Nu is het tijd om te verzamelen, " zegt Hagedorn, terwijl er nog steeds veel genetische diversiteit in het koraal van de oceaan is. "Nog geen 20 jaar wanneer de populaties misschien nog verder zijn ingestort." Komende november zullen Hagedorn en het Smithsonian Conservation Biology Institute, in samenwerking met het Australian Institute of Marine Science, Sydney's Taronga Zoo en anderen, een bevroren spermabank creëren voor twee belangrijkste koraalsoorten van het Great Barrier Reef.
Bekijk adembenemende onderwaterbeelden voor de kust van Panama, waar koraalriffen zich voortplanten in een vlaag van zorgvuldig getimede actieNancy Knowlton, een gerenommeerde koraalrifbioloog en de Smithsonian's Sant-stoel voor mariene wetenschap in het Natural History Museum, is het met Hagedorn eens dat wetenschappers moeten gebruiken welke hulpmiddelen ze hebben om koraalverlies te verminderen. Cryopreservatie is volgens haar een 'zeer belangrijk hulpmiddel in de gereedschapskist'.
"Koralen spawnen en reproduceren normaal gesproken en ze hebben ons niet nodig om hen te helpen", zegt Knowlton. "Maar gezien de precaire staat van riffen rond de planeet, kan het zijn dat we voor sommige soorten, vooral zeldzame soorten, gebruik moeten maken van deze cryopreserveerde oevers om ervoor te zorgen dat ze niet uitsterven."
Hagedorn werkt ook aan het ontwikkelen van andere hulpmiddelen, het honen van een methode voor het bevriezen van kleine koralen van een tot twee millimeter. Naast het seksueel reproduceren, kan koraal zich ook aseksueel reproduceren - als een stuk afbreekt, kan het wortel schieten in de zeebodem en een nieuwe kolonie beginnen. "Bij het ontdooien kunnen deze kleine volwassenen worden vastgelijmd en mogelijk binnen enkele jaren reproductief worden", zegt Hagedorn. Ze is ook een voorstander van het kweken van koraallarven in aquaria over de hele wereld. Op Curacao experimenteert een groep wetenschappers met SECORE, een koraalconsortium opgericht in 2002 waarvan Hagedorn lid is, met het kweken van koralen in een semi-natuurlijke omgeving, piping in water van een rif zodat de jonge koralen worden blootgesteld aan de pathogenen en temperatuurschommelingen van het wild, zonder de roofdieren.
Natuurlijk moeten cryopreservatie en koraalherstel hand in hand gaan met het werken aan de gezondheid van wilde ecosystemen. "Het heeft geen zin om leuke kleine juveniele koralen die je uit eieren en sperma in het veld hebt grootgebracht, te plaatsen als de omstandigheden die de koralen aanvankelijk doodden nog steeds heersen", zegt Knowlton.
Hagedorn zou uiteindelijk graag zien dat cryoconservering van koraalcellen wereldwijd wordt uitgevoerd. "Ze heeft me veel geleerd over passie hebben voor wat je doet en doorzettingsvermogen hebben om het uit te houden en door te gaan met dingen waarin je gelooft", zegt Ginnie Carter, een biotechnicus in het laboratorium van Hagedorn.
“Als we onze koraalriffen verliezen, is dit het eerste ecosysteem dat we hebben verloren terwijl de mens leeft. Het zal op ons wachten en het meeste is aan ons te danken. Ik vind dat niet acceptabel ', zegt Hagedorn. Ze neemt serieus de noodzaak voor mensen om een persoonlijke verantwoordelijkheid te voelen om voor de aarde te zorgen. "Voor mij is mijn bijdrage koraal", zegt ze.
Margaret Wertheim vertelt hoe wiskunde en klimaatverandering haar inspireerden om het Hyperbolic Crochet Coral Reef-project te starten
