Контролируемое лабораторное исследование, проведенное Mote Marine Laboratory и опубликованное 1 июня в рецензируемом журнале PLOS ONE, показало, что болезнь черной полосы менее опасна для горных звездчатых кораллов (Orbicella faveolata), поскольку вода подкисляется или снижается pH.Ученые из Моте и Университета Южной Каролины, а также студенты из Университета Род-Айленда, Университета Нью-Гэмпшира, Университета Гавайев и Колледжа Юнити в штате Мэн провели исследование при финансовой поддержке Фонда Дарта и программы грантов Protect Our Reefs при поддержке продажи специального номерного знака Protect Our Reefs (www.motereefplate.com). Взносы студентов были поддержаны программой исследования опыта для студентов Национального научного фонда (NSF) и стипендиями для стажировок в Mote College.PH океана снижается из-за процесса подкисления океана (ОА), вызванного избытком углекислого газа, такая же температура, как парниковый газ, повышается во всем мире.
ОА может ослабить или растворить твердый скелет кораллов и вызвать другие изменения у многих морских видов. Потепление воды вызывает стресс у кораллов, заставляя их терять жизненно важные водоросли в тканях. Болезни кораллов, еще одна серьезная угроза, могут обостриться у кораллов, испытывающих стресс из-за повышения температуры воды, но мало исследований изучали, как эти заболевания могут измениться на фоне низких уровней pH, ожидаемых при ОА.Новое исследование — первое, в котором изучается, как вода с низким pH влияет на черную полосу — быстро прогрессирующее, часто смертельное, всемирное коралловое заболевание, поражающее по меньшей мере 42 вида кораллов только в Карибском бассейне.
Затронутые виды включают горные звездчатые кораллы, которые являются основным источником рифовой системы Флорида-Кис и перечислены как находящиеся под угрозой исчезновения в соответствии с Законом США об исчезающих видах.Черная полоса, изменчивая группа из нескольких видов бактерий, образует темный круг, который распространяется по кораллу, убивая его.
«Горные звездчатые кораллы вырастают всего на пару миллиметров в год, а черная полоса может убить столетний коралл за несколько недель», — сказала д-р Эринн Мюллер, ведущий автор и руководитель программы исследования здоровья и болезней кораллов Моут.В очень маленьком масштабе черная полоса создает среду с более низким pH, чем ее окружение — локализованное подкисление. «В лаборатории мы думали, что подвергание зараженного коралла воздействию подкисленной воды ускорит вирулентность этого заболевания, но, к нашему удивлению, произошло обратное», — сказал Мюллер.
Во время лабораторных работ в кампусе Саммерленд-Ки в 2013 году исследователи инокулировали 32 фрагмента горных звездных кораллов с болезнью черной полосы, поместив одни в резервуары с температурой и pH, подобными современной океанской воде, а другие — в резервуары с повышенной температурой, пониженным pH или оба — с использованием прогнозов на 2100 год из Пятого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата.«Эти экспериментальные исследования в лаборатории чрезвычайно важны — они дают нам возможность заглянуть в потенциальное будущее наших рифов», — сказала доктор Эмили Холл, менеджер программы исследований подкисления океана Моута. Она курирует исследования в экспериментальной установке проточной трассы для окисления океана Моута на острове Саммерленд-Ки, которая была создана благодаря гранту NSF. «Подкисление океана затрагивает не все организмы одинаково.
Управляющим морскими охраняемыми территориями важно знать, как могут варьироваться воздействия».Исследователи внимательно следили за состоянием воды, фотографировали и измеряли покрытие черной полосы в течение 16 дней; к тому времени некоторые фрагменты кораллов полностью погибли от болезни.
Команда взяла образцы бактерий с черной полосой и естественных резидентных бактерий кораллов, некоторые из которых вносят вклад в иммунную систему кораллов, и секвенировала их ген 16S рРНК, который помогает классифицировать бактерии по научным категориям.Их анализ выявил сюрприз:«Хотя более высокие температуры не оказали существенного влияния на прогрессирование болезни черной полосы в этот период времени, лечение с низким pH повлияло — она ??замедлила скорость прогрессирования болезни на 25 процентов», — сказал Мюллер. «Нам потребовалось время, чтобы поверить в это».
Скептически настроенный, Мюллер и его коллеги провели аналогичные тесты с другими видами кораллов, за исключением горных звездчатых кораллов в текущем исследовании. Горные звездчатые кораллы показали наиболее четкую тенденцию, но данные по другим видам предполагали аналогичные закономерности.
Как подкисление может замедлить болезнь черной полосы?«Болезнь черной полосы имеет очень различный консорциум микробов, и кажется, что снижение pH влияет на разные микробы по-разному», — сказал партнер исследования доктор Ким Ричи, доцент Университета Южной Каролины в Бофорте. «Численность одного значимого члена консорциума снизилась».
В частности, подкисленная вода снизила численность Oscillatoriophycidae, класса цианобактерий, которые часто доминируют при болезни черной полосы. Эти бактерии несут пигменты, которые придают болезни характерный цвет. Хотя эти бактерии живут в уже подкисленной среде черной полосы, прошлые исследования других ученых показывают, что цианобатерия может уменьшиться, если вода станет подкисленной сверх допустимых пределов.«Также произошли сдвиги в микробном сообществе кораллов, но ни один из них не объяснил изменение болезни», — сказал Мюллер. «То, что произошло с самой черной полосой, сокращение основного участника консорциума болезней, вероятно, было лучшим объяснением».
«Один из наших следующих шагов — изучить, как низкий pH влияет на очень мелкомасштабные условия в микросреде болезни черной полосы по мере изменения внешней среды», — сказал Мюллер.Исследователи также стремятся расширить и воспроизвести исследование на большем количестве объектов, с большей детализацией, более длительными сроками, большим количеством видов кораллов и большим количеством болезней. Ни одно отдельное лабораторное исследование не может смоделировать все сложности прогнозируемого воздействия закисления океана, но важные достижения уже не за горами.
Mote открыла новый Международный центр исследования коралловых рифов Элизабет Мур. Реставрация (IC2R3) в мае 2017 года на острове Саммерленд-Ки, Флорида. Этот объект площадью 19 000 квадратных футов включает в себя новые лаборатории для углубленных исследований закисления океана, во многом благодаря пожертвованию Фонда Альфреда и Энн Гольдштейн, который позволил Моте основать свой Институт Альфреда Гольдштейна по изучению изменения климата.
В полевых условиях Мюллер и другие исследуют возможные методы контроля распространения черной полосы на диких кораллах.Новое исследование PLOS ONE основано на кропотливой работе стажеров в рамках программы NSF Research Experiences for Undergraduates и обширной программы стажировки Mote в колледже.
В ходе исследования студент-практикант Университета Сент-Эндрюс Кейр Макартни стал соавтором своей первой рецензируемой журнальной статьи и нашел новые направления своей карьеры.«Мой опыт с Моте привел меня к коралловым рифам; это было потрясающе», — сказал Макартни, ныряльщик, который сейчас получает докторскую степень в Университете Нью-Гэмпшира, изучая губок на более глубоких рифах.
Два лета работая над исследованием PLOS ONE, Макартни формулирует ясную идею:«Закисление океана по-прежнему будет иметь негативные экологические последствия, но оно может не дестабилизировать рифы в точности так, как мы ожидаем», — сказал Макартни. «Учитывая, как изменились микробные сообщества в этом исследовании, я думаю, что закисление океана может сделать вещи, которые действительно удивят нас».