Корали в рифа на остров Лейди Елиът, най-южният риф в морския парк Големия бариерен риф. Снимка от Rebecca Spindler/Taronga Zoo
Чували сте за банки за семена – скъпоценни трезори, които съхраняват растителния генетичен материал замразен в името на потомството. Но какво да кажем за кораловите банки?
Повече от десетилетие морският биолог Мери Хагедорн култивира изкуството на внимателно замразяване на коралова сперма чрез процес, известен като криоконсервация. Нейната цел е да съхранява възможно най-много видове за използване в бъдещи изследвания и възстановяване и да обучи други учени да следват нейното ръководство.
„Трябва да съберем това генетично разнообразие и да се опитаме да помогнем, докато все още има много разнообразие в океана“, казва Хагедорн, старши научен сътрудник в Института по консервационна биология на Смитсониън, който е базиран в Канеохе, Хавай.
Коралите в света са изправени пред натиск от заплахи, както местни – като замърсяване и натрупване на седименти – така и глобални, като повишаване на температурите на океана и нивата на киселинност, произтичащи от нарастващите емисии на парникови газове.
Избелване на корали е една особено забележима проява на коралов стрес, който остава само да се засили с променящия се климат. Това се случва, когато необичайно високата или ниска температура на водата кара коралите да изхвърлят симбиотичните водорасли, които им осигуряват хранителни вещества.
„Виждаме опустошителни промени в нашите рифове поради избелването“, казва Хагедорн. „Това ги стресира и ги стресира до точката, в която много от тях не се възпроизвеждат, и може да ги стресира до точката, в която [могат] да умрат.“
Примерен случай: Въздушни и подводни проучвания, направени от Националната работна група за избелване на корали в Австралия, разкриват, че избелването е засегнало 93 процента от Големия бариерен риф поне до известна степен. Най-тежко засегнатите райони - в северните части на рифа - са претърпели 50-процентно измиране, според предварително съобщение за констатациите .
Замразяването на коралови гамети в банки за съхранение може потенциално да помогне на изследователите и природозащитниците да се справят със загубата на разнообразие на корали в дивата природа и да противодействат на това. Идеята е, че учените ще могат да черпят от тези „замръзнали зоологически градини“, както ги нарича Хагедорн, за материал за използване в различни видове изследвания на корали, като например подобряване на техники за отглеждане и възстановяване на корали в рифове.
Тъй като много корали имат ограничени периоди на хвърляне на хайвера си, банките също предлагат по-голям достъп до експериментален материал, който иначе би могъл да бъде получен само няколко пъти в годината.
„Това не е процес на готварска книга. Отне ми няколко години, за да разбера точно как да криоконсервирам коралова сперма.
Хагедорн изследвала криоконсервацията при риби, когато се заинтересувала от тежкото положение на коралите. Разработването и фината настройка на процедура за безопасно замразяване и съхранение на тяхната сперма отне повече от десетилетие. „Това не е процес на готварска книга“, казва Хагедорн. „Отне ми няколко години, за да разбера точно как да криоконсервирам коралова сперма и как да направя процеса на замразяване прост и полезен, така че да можем да съхраняваме при полеви условия.“ Тя успешно събра първата си сперма преди около пет или шест години.
Като цяло, подготовката на коралова сперма за съхранение включва събиране на коралови фрагменти или колонии на прага на хвърляне на хайвера си (много корали са хермафродити; всеки полип съдържа яйчници и тестиси); поставянето им в отделни контейнери, потопени в морска вода; и ги чакат да освободят своята яйцеклетка и сперматозоиди заедно в ефирни снопове, които се носят нагоре като милиони малки балони.
„Това е най-красивото нещо на земята, честно казано“, казва замечтано Хагедорн.
Изследователите, стоящи в готовност, засмукват пакетите с пипети и ги поставят в епруветки с морска вода. Опаковките в крайна сметка се разпадат, като яйцеклетките изплуват на повърхността, а сперматозоидите остават в разтвор. След това „ние създаваме нещо като мини клиника за плодовитост за коралите“, казва Хагедорн.
Пример за хвърляне на хайвера на корали, в този случай вида Orbicella faveolata или планински звезден корал. Кредит: Schmahl/FGBNMSСперматозоидите първо се подлагат на качествен контрол, при който изследователите инспектират проби от всяка колония под микроскоп, като изследват внимателно плътността и подвижността на спермата. „Това е доста трудна работа“, казва Мадлин ван Опен, професор по морска биология в университета в Мелбърн и старши главен научен сътрудник в Австралийския институт по морски науки и един от сътрудниците на Хагедорн. „Не можете просто да съберете малко сперма и да я замразите; всъщност трябва да го погледнете и да се уверите, че е достатъчно здрав“, казва тя, добавяйки, че „времето е ограничено, тъй като сперматозоидите остават жизнеспособни само няколко часа, след като са били освободени от колонията“.
Изследователите поставят мъжката сперма в малки флакони и прилагат това, което по същество е антифриз, за да предотвратят образуването на ледени кристали. След това те потапят тези флакони в специално проектиран апарат, съдържащ течен азот, който ги замразява. След това повечето от флаконите отиват в транспортен контейнер, който поддържа охлаждането. „Това е като термос, който има специална пяна в него, която поддържа температурата за около две седмици“, казва Хагедорн.
След това тези флакони се изпращат в банка. В момента Hagedorn и партньорите съхраняват коралова сперма във фризери, разположени в USDA Национална програма за зародишна плазма на животните — където също се съхранява замразен генетичен материал от добитък — и австралийската зоологическа градина Таронга.
(За да докажат, че процесът на замразяване не е увредил сперматозоидите, изследователите размразяват неизпратените флакони и провеждат друг тест за контрол на качеството, който включва оплождане на пресните коралови яйца, които са събрали с преди това замразени сперматозоиди, за да видят дали могат да произведат жизнеспособни ларви способни да се установят или да пуснат корени на повърхността, както правят ларвите на диви корали върху скалите.)
Досега Хагедорн е събрал спермата на 12 вида корали - пет от водите на Съединените щати и Карибите, а останалите от Големия бариерен риф. „Това означава, че имаме милиарди сперматозоиди, замразени в нашите банки“, казва тя.
Запазването на спермата на 35 колонии от един вид е достатъчно, за да се уловят 90 процента от генетичното разнообразие на популацията, според Хагедорн. Като се има предвид, че в света има 800 вида корали, банковите представителни проби от сперматозоиди от всеки би трябвало да са „много изпълними“, казва тя – тоест, ако повече изследователски групи се присъединят към усилията. (Досега лабораторията на Хагедорн е единствената, която съгласувано усъвършенства техниките за криоконсервация и банкиране, казва тя.)
Решаването кой корал да съхранявате на първо място е отчасти методично, отчасти практично. Видовете с висок приоритет включват тези особено важни за изграждането на рифове, като разклонени корали, които осигуряват много кътчета и кътчета за живот на други организми. Но „понякога просто се свежда до прагматизъм“, казва тя. „Какво можем да получим, какво се ражда, какво ще работи?“
Екипът на Хагедорн се фокусира върху банкови видове от рода Акропора , които включват бързо растящи, разклонени корали като елхорн и еленов рог -и двете определен като критично застрашен в Карибите от Международния съюз за опазване на природата. Те изглежда са най-чувствителни към избелване и болести, казва тя.
„Всяка година имаме едно или друго нещо, което се случва тук долу... цяла колония ще умре или население ще умре.“
Едно голямо предизвикателство пред събирането на коралова сперма е правилното време. Редица видове хвърлят хайвера си по време на много тесен прозорец, така че събирането на пакети от яйца и сперматозоиди е надпревара с времето. Например, по-голямата част от коралите на Големия бариерен риф хвърлят хайвера си за най-много няколко часа само през две до три нощи в годината. „За нас всъщност беше огромно предизвикателство да получим достатъчно генетичен материал [от] Големия бариерен риф“, казва Хагедорн.
Някои цикли на коралите са, за щастие, по-спокойни. „Имаме много по-дълъг период на размножаване на Хаваите“, казва Хагедорн. „Започва през април и продължава до септември.“
Този август Хагедорн ще пътува до Флорида Кийс, където нейният екип планира да съхранява сперма на еленов рог от разсадници, поддържани от Фондация за възстановяване на корали , организация с нестопанска цел, базирана в Кий Ларго, която отглежда и възстановява корали в рифове. Тя също така ще обучи международна група от изследователи в своите методи с надеждата, че повече екипи ще ги възприемат.
Свързана статияУстойчив хибрид: слят корал Staghorn
Кен Недимър, президент и основател на фондацията, е щастлив да сподели своите корали с екипа на Хагедорн – той гледа на банкирането на корали като на предпазна мярка. Понастоящем неговите разсадници съдържат 130 различни генетични щама еленов корал, около 40 от които вече не се срещат в дивата природа. „Всяка година тук се случва едно или друго нещо и губим повече генетичен материал – цяла колония ще умре или популация ще умре и генетиката на тази популация ще изчезне завинаги“, казва той. „Последните две години бяха особено лоши поради избелването на коралите.“
Докато екипът на Недимър се фокусира върху възпроизвеждането на корали безполово от фрагменти - което води до генетични клонинги - те също се интересуват от размножаване на корали по полов път. Но експериментирането с техники за оплождане е трудно, когато един вид осигурява само свежи гамети годишно, казва той. С коралови банки, от които да черпите, „ще имате 12 месеца от годината, за да работите с тях, и можете да го правите, когато пожелаете“.
Има обаче ключова част от инвентара, която все още липсва в тези банки: яйца.
Яйцата на коралите са много по-големи от сперматозоидите и измислянето как да ги замразите, така че да не образуват ледени кристали и как да ги размразите бързо, без да ги повредите, е предизвикателство, казва Хагедорн. Но напредъкът в замразяването на човешки яйцеклетки през последните няколко години вдъхнови нейния екип и те разработиха технология за криоконсервиране на коралови яйца, която според нея изглежда обещаваща. Ако се окаже успешно, това ще „повиши неимоверно силата ни“, казва тя.
Методът може също така да убеди повече изследователски групи да започнат да банкират корали. „След като тя успее [криоконсервация на яйца], мисля, че ще получим експоненциално усвояване на методите“, казва ван Опен.
Но усъвършенстването на кораловото банкиране е само част от всеобхватния план на Хагедорн за запазване на биоразнообразието на рифовете. Тя и нейният екип също са замразявали водорасли, които живеят в коралите, например, както и стволови клетки на риби от коралови рифове. „Опитваме се да преследваме целия риф“, казва тя. Винаги е по-добре да имате повече спестявания.