Коралловый хозяин принимает несколько мер, чтобы оптимизировать сбор света своими симбионтами, избегая при этом чрезмерного воздействия света. Это включает сокращение и расслабление тканей, а также синтез пигментов кораллов-хозяев, включая ярко флуоресцентные белковые комплексы, подобные хорошо известным зеленым флуоресцентным белкам, которые широко используются в качестве маркеров клеток в науках о жизни.
Прямое наблюдение за живыми кораллами непросто и основывается на визуализации в ярком поле и эпифлуоресцентной микроскопии с ограниченной глубиной и пространственным разрешением из-за непрозрачной ткани коралла, которая состоит из различных слоев клеток, а также диффузного обратного рассеяния от нижележащего скелета коралла. Использование видимого света для таких наблюдений также может влиять на кораллы, например путем стимулирования фотосинтеза или воздействия потенциально вредного ультрафиолета и синего света.Международная группа ученых во главе с профессором Майклом Кулом с кафедры биологии Копенгагенского университета преодолела такие ограничения в наблюдении за тканевой организацией живых кораллов с помощью оптической когерентной томографии.Майкл Куль объясняет: «ОКТ — это оптическая ультразвуковая технология, которая, например, используется врачами для мониторинга повреждения тканей глаза.
Она включает использование неактиничного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне, которое проникает в ткани глубже, чем видимый свет, и может выявить микроскопические структуры с различными отражающими свойствами.Мы использовали систему ОКТ, которая позволила быстрое 3D-сканирование области 1-2 см2 до глубины ткани / скелета 1-3 мм с пространственным разрешением в несколько мкм. Это позволило сделать захватывающие выводы внутренней и внешней тканевой организации скелета живых кораллов ".
Было возможно идентифицировать различные слои тканей и количественно оценить их пластичность при изменении освещенности живых кораллов. Кораллы быстро сокращали свои ткани при сильном световом стрессе, делая их более отражающими, тем самым защищая своих симбионтов от избыточного света.
ОКТ также позволила количественно определить флуоресцентные пигменты хозяина, организованные в гранулы, что также сделало ткань более отражающей, особенно после сокращения.В темноте кораллы расширяют свои ткани, чтобы получить лучший доступ к кислороду, и ОКТ показала, что площадь поверхности тканей кораллов может быть увеличена вдвое в ночное время. Таким образом, площадь поверхности кораллов, подверженная воздействию морской воды и падающего света, очень динамична, и теперь ОКТ может определять такие изменения. Это может иметь важные последствия для измерений скорости метаболизма кораллов, которые обычно нормализуются к площади поверхности скелета коралла после удаления ткани — при условии, что такие измерения площади репрезентативны для площади поверхности ткани коралла.
Результаты OCT показывают, что это предположение требует пересмотра.Также можно было отслеживать образование коралловой слизи на поверхности тканей, которая является важным компонентом жизни кораллов, поскольку слизь содержит полезные микроорганизмы, а также улавливает частицы для питания или самоочищения. Повышенное производство слизи также является признаком стресса кораллов, например при наступлении обесцвечивания кораллов. Кроме того, кораллы могут расширять специальные защитные тканевые структуры, такие как мезентериальные филаменты, при механическом стрессе, и ОКТ может также визуализировать такие динамические реакции.
Майкл Куль резюмирует: «ОКТ — это мощный метод изучения динамической структуры живых кораллов и их поведенческой реакции на стресс окружающей среды. Теперь он позволяет использовать множество новых приложений в науке о кораллах, а также в других областях морской биологии.
Наше исследование также иллюстрирует важность междисциплинарных подходов в науке. Кто бы мог подумать, что методика, используемая в офтальмологической клинике, будет полезна для исследования кораллов? "