Fluorescerende eiwitten gloeien allemaal in deze koralen. Foto door Michael Lesser en Charles Mazel, NOAA Ocean Explorer
Iedereen die is gaan duiken of snorkelen in een koraalrif, zal waarschijnlijk nooit de oogverblindende kleuren en andere wereldse vormen van deze onderwatergemeenschappen vergeten. De thuisbasis van enkele van 's werelds meest diverse natuur hotspots, riffen zijn jaarlijks $ 400 miljard aan toeristen dollars waard en in de ecosysteemdiensten die ze bieden, zoals het bufferen van kusten van stormen en het bieden van habitat voor vissen die mensen eten.
Toch is het een bekend feit dat koraalriffen over de hele wereld achteruitgaan dankzij vervuiling en snel opwarmende oceanen. Om te bepalen hoe het met riffen gaat - en stappen te ontwerpen om ze te beschermen - is echter een manier nodig om hun gezondheid nauwkeurig te meten. Onderzoekers hebben de neiging om te vertrouwen op invasieve, schadelijke technieken om erachter te komen hoe koralen omgaan, of anders voeren ze ruwe plekcontroles uit om de gezondheid van het rif te bepalen op basis van alleen de koraalkleur. Maar nu hebben wetenschappers een nieuwe methode aangekondigd voor het bepalen van de gezondheid van koralen die afhankelijk is van het meten van de intensiteit van de fluorescerende gloed van koralen.
Ja, gloei. Koralen produceren van nature fluorescente eiwitten die een griezelig groen gloeien wanneer ze onder een blauw licht worden gezien - bijna alle koralen vertonen dit fysiologische fenomeen.
"Dit is de eerste studie die de dynamiek van koraalfluorescentie en fluorescente eiwitniveaus volgt tijdens temperatuurstress, en toont aan dat koraalfluorescentie kan worden gebruikt als een vroege indicator van koraalstress, " zei Melissa Roth, een marien bioloog aan de Universiteit van Californië, Berkeley (voorheen van het Scripps Institution of Oceanography aan de University of California, San Diego), in een e-mail. "Omdat koraalfluorescentie niet-invasief in het veld kan worden gemeten, kan dit een belangrijk hulpmiddel zijn voor het beheer van riffen, " zei ze. Roth en haar collega Dimitri Deheyn hebben hun bevindingen deze week beschreven in Scientific Reports .
De mate waarin een koraal gloeit hangt grotendeels af van een andere groep organismen, dinoflagellate algen. Koralen zijn eigenlijk een symbiotische verzameling van zichzelf en deze microscopische algen van dinoflagellaten - de dinoflagellaten helpen koralen om voeding te krijgen, die op zijn beurt de groei van koraalriffen voedt. De kleine organismen zijn ook verantwoordelijk voor het geven van koralen hun typische bruinachtige tint.
Maar dinoflagellaten kunnen het schip verlaten vanwege stressoren zoals verhoogde temperatuur, een fenomeen dat bekend staat als koraalverbleking. Op zichzelf gelaten zonder de hulp van hun dinoflagellaatbedekking, wordt de natuurlijk witte huid van de koralen fel zichtbaar. Het koraal kan een tijdje leven na een dinoflagellate uittocht, maar niet lang. Als de algen niet terugkeren, sterft het koraal.
Dit wetende, besloten Roth en Deheyn te onderzoeken hoe koraalfluorescentie de huidige staat van een koraal en de relatie tussen dinoflagellaten zou kunnen weerspiegelen. Ze kozen ervoor om Acropora yongei, een gebruikelijk vertakkend koraal, in hun experimenten te gebruiken, omdat het vaak een van de eerste koralen is die tekenen van stress en bleken vertoont in een rif. Ze hebben individuele koralen onderworpen aan een van de twee verschillende experimentele opstellingen in hun laboratorium. In sommige containers pummelden ze koralen met koud water, en in andere doven ze koralen in heet water. Een andere groep koralen diende als controle. Daarna lieten ze de koralen bijna drie weken in hun temperatuurgereguleerde water pekelen.
De onderzoekers vonden een duidelijke correlatie tussen de mate van bleken en de concentratie van de fluorescerende eiwitten van een koraal, die op zijn beurt de sterkte van zijn gloed bepaalden. In de eerste 4 tot 5 dagen daalde de fluorescerende eiwitconcentratie en de glans van zowel koude als warmtebehandelde koralen. Maar aan het einde van het 20-daagse experiment waren koudgerekte koralen gewend en hersteld tot hun normale fluorescentieniveau. Door hitte gestresste koralen bleken daarentegen nog sterker te gloeien, waarschijnlijk omdat hun dinoflagellate gemeenschappen de onderliggende fluorescentie van het koraal niet langer blokkeerden. Als een supernova vóór de laatste ineenstorting van een ster, zenden de koralen een gestage stroom van intense gloed uit vlak voor hun onvermijdelijke ondergang.
Koralenfoto's onder wit licht (linkerpanelen) en blauw licht (rechterpanelen) laten zien hoe koralen die werden blootgesteld aan hittestress uiteindelijk bleken en hun fluorescerende gloed aan het einde van het experiment verhoogden. Foto door Melissa Roth, wetenschappelijke rapporten
Na de dood stopt de gloed. In een rifsysteem zou het botwitte koraal geleidelijk worden gemaskeerd door een film van groene algen die de ruïnes van het nu overleden organisme bedekt.
Zodra koralen beginnen te bleken, hebben natuurbeschermers of natuurbeheerders weinig opties om riffen te helpen als ze beginnen af te nemen en vaak uiteindelijk sterven. Maar als ze het probleem van tevoren opvangen, kunnen ze proberen het koraal te helpen met strategieën zoals schaduwen met kunstmatige structuren of sedimenten, antioxidanten aan het water toevoegen of hartiger dinoflagellaten introduceren, hoewel wetenschappelijke studies die deze potentiële reddingsmethoden valideren, grotendeels ontbreken.
Deze nieuwe bevinding, hoopt Roth, kan worden gebruikt om het instorten van het rif te voorkomen en dient als een soort kanarie in de kolenmijn voor koralen in nood. "Managers konden zich concentreren op de meest gevoelige koralen op een rif, zoals vertakte koralen, en zoeken naar snelle druppels in fluorescentie als een vroeg teken van stress, " zei Roth. Dit zou hen ongeveer een week lang de tijd geven om actie te ondernemen voordat het volledig bleken begon. "Bleken zou zijn als een hartaanval, " legde ze uit. "Je zou liever tekenen van hoge bloeddruk of verstopping van de slagaders detecteren om een hartaanval aan te pakken en te voorkomen."
Managers die de gezondheid van hun rif willen visualiseren, kunnen de gloed observeren door een blauwe zaklamp en een geel filter over hun snorkelmasker te gebruiken, of ze kunnen het fenomeen filmen met een camera met dezelfde functies. Als managers de eerste daling van de koraalgloed opmerken die op een dreigend probleem wijst, kunnen er bijvoorbeeld onmiddellijk maatregelen worden genomen om het rif te redden.
“Dus het idee is dat we koraalfluorescentie kunnen gebruiken als een vroege indicator van de gezondheid van koralen voorafgaand aan het bleken, wat managers tijd zou kunnen geven om iets te doen als ze acties willen ondernemen om het rif te beschermen. Het is duidelijk dat dit op grote schaal moeilijk kan zijn, "legde ze uit, en voegde eraan toe dat" naarmate riffen minder worden, de weinigen die we nog hebben, mogelijk agressiever worden beschermd. "
Verder onderzoek is nodig naar hoe deze bevindingen van toepassing kunnen zijn op andere koraalsoorten, schrijven de auteurs. Ze hopen ook dat toekomstige studies biologie zullen combineren met engineering om een digitaal beeldvormingssysteem te helpen ontwerpen dat beter vastlegt en kwantificeert in hoeverre koralen hun gloed veranderen.
