Блог

Apr 28, 2023

Акклиматизация коралла

Том коммуникативной биологии

Биология связи, том 6, Номер статьи: 66 (2023) Цитировать эту статью

1080 Доступов

1 Цитаты

23 Альтметрика

Подробности о метриках

Закисление океана, вызванное изменениями в химическом составе карбонатов океана в результате повышения концентрации CO2 в атмосфере, угрожает многим кальцифицирующим организмам, включая кораллы. Здесь мы оценили автотрофные и гетеротрофные сдвиги у средиземноморского зооксантеллатного склерактинового коралла Balanophyllia europaea, акклиматизированного к условиям низкого pH и высокого pCO2 в источнике CO2 у острова Панарея (Италия). Плотность эндосимбионтов динофлагеллят была выше в участках с самым низким pH, где наблюдались изменения в распределении различных гаплотипов специфичного для хозяина вида симбионтов, Philozoon balanophyllum. Увеличение соотношения C/N у симбионтов наблюдалось при низком pH, вероятно, в результате увеличения фиксации C за счет более высокой плотности клеток симбионта. Значения δ13C симбионтов и ткани хозяина достигли аналогичных значений в месте с самым низким pH, что указывает на усиление влияния автотрофии с увеличением подкисления. Значения δ15N ткани хозяина, равные 0‰, убедительно свидетельствуют о том, что диазотрофная фиксация N2 происходит в тканях коралла/слизи в местах с низким pH, что, вероятно, объясняет снижение соотношения C/N в ткани хозяина при подкислении. В целом, наши результаты показывают акклиматизацию этого мутуализма кораллов и динофлагеллят посредством трофической адаптации и различий гаплотипов симбионтов с увеличением закисления, подчеркивая, что некоторые кораллы способны акклиматизироваться к закислению океана, прогнозируемому в сценариях конца века.

Определяющей чертой эпохи антропоцена1 является появление человеческой деятельности как движущей силы глобальных изменений2, которые происходят со скоростью, вызывающей обеспокоенность по поводу того, сможет ли адаптация организма идти в ногу с быстро меняющимися условиями окружающей среды3. Стрессоры, связанные с потеплением и закислением океана, являются одними из наиболее прямых и широко распространенных антропогенных изменений морской биоты, включая кораллы4. Снижение pH с ок. 8,2 до промышленной революции до ок. 8.1 с удвоением содержания CO2 приводит к постепенному снижению состояния насыщения карбонатом кальция в морской воде5. Предполагается, что это явление отрицательно повлияет на способность кораллов кальцинироваться6,7. Однако эмпирические данные, касающиеся, например, естественного отбора толерантных бактериальных и/или динофлагеллятных симбионтов, дифференциальной регуляции генов реакции на стресс окружающей среды8,9, предполагают недооцененную способность кораллов акклиматизироваться и генетически адаптироваться к изменениям окружающей среды10. Действительно, эти древние организмы выживали, развивались и адаптировались на протяжении сотен миллионов лет глобального изменения климата11,12,13,14.

Симбиоз склерактиновых кораллов и их динофлагеллятных микроводорослей (семейство Symbiodiniaceae), обычно называемых зооксантеллами, широко изучен15,16,17. Зооксантеллы вносят значительный вклад в энергетический бюджет хозяина, обеспечивая фотосинтетически фиксированный углерод16 и перерабатывая побочные продукты дыхания и выделения хозяина18. В таком симбиозе и углерод, и азот могут быть получены посредством гетеротрофии и автотрофии и перерабатываются между хозяином и симбионтами динофлагеллят19,20. Как правило, симбиоз обеспечивает большую часть углерода, необходимого для дыхания21, в то время как хищничество зоопланктона и твердых частиц органического вещества по-прежнему необходимо для удовлетворения потребностей в азоте и фосфоре16. Тем не менее, относительный вклад гетеротрофии по сравнению с автотрофией в питание хозяина варьируется в зависимости от вида, популяции, окружающей среды и/или онтогенеза22.

Критическим ограничением для многих экспериментальных исследований является воспроизведение скорости (десятилетий) и биологических масштабов (экосистем), с которыми происходит закисление океана. Естественные источники CO2 подкисляют окружающую морскую воду, создавая условия карбонатного химического состава, которые имитируют будущие прогнозы по закислению океана23,24,25, даже если и с широкой краткосрочной изменчивостью26,27,28. Исследуя естественные популяции, живущие вдоль трансект, расходящихся от источников CO2, эти системы позволяют заменить время пространством, предоставляя ценную информацию об акклиматизации и адаптации к закислению океана29. Исследование проведено на природных популяциях зооксантеллового склерактинового коралла Balanophyllia europaea, обитающего в жерле CO2-вулкана вблизи острова Панарея (Италия). Этот подводный кратер на глубине 10 м выделяет стойкие газообразные выбросы (98–99% CO2 без обнаруживаемых инструментально токсичных соединений), что приводит к стабильному градиенту pH при температуре окружающей среды30, а условия закисления океана прогнозируются на 2100 год в соответствии с консервативным и наихудшим сценариями МГЭИК31,32 . При снижении pH у B. europaea наблюдается снижение плотности популяции33 и чистой скорости кальцификации, последнее из-за увеличения пористости скелета, тогда как скорость линейного растяжения сохраняется24, что позволяет кораллу достигать размеров при половой зрелости28. Более того, B. europaea сохраняет неизмененными полиморфную модификацию скелетного карбоната кальция, содержание органического матрикса, толщину арагонитовых волокон и твердость скелета, pH кальцифицирующей жидкости и грубую кальцификацию при снижении pH34.