Корали знебарвлюються через втрату взаєморозуміння • Олексій Гіляров • Новини науки на
Кораловим рифам - одній з найдивовижніших екосистем Землі - загрожує зникнення. Перша тривожна ознака їхнього неблагополуччя - так зване «знебарвлення» (англ. bleaching), втрата кольору, викликана тим, що поліп відкидає своїх симбіонтів - одноклітинні водорості родуSymbiodinium. Ці симбіотичні водорості (представники групи динофлагелят) живуть безпосередньо в клітинах поліпа та відіграють важливу роль у його харчуванні. За деякими оцінками, до 90% їжі коралів посідає органічна речовина, що утворюється в результаті фотосинтезу симбіотичних водоростей. У відповідь поліп надає водоростям укриття, а також забезпечує їх дефіцитними біогенними елементами (азотом та фосфором) та вуглекислим газом (джерелом вуглецю). При підвищенні температури приповерхневих вод, що спостерігається зараз, схоже, порушується вся система взаємозв'язків між організмом коралового поліпа і його симбіонтами, і корал починає викидати здорові фотосинтезуючі клітини водоростей. Чи зможуть корали та їх симбіонти пристосуватися до умов, що змінилися, поки неясно.
Початок знебарвлення може покласти фотоінгібрування (див. Photoinhibition) - порушення роботи фотосинтетичного апарату симбіонту, точніше - фотосистеми II», викликане ультрафіолетом і видимим світлом (в синій частині спектру). Поріг інтенсивності освітлення, при якому настає фотоінгібування, може бути різним у різних видів водоростей, і, що дуже важливо, може змінюватися, якщо організм знаходиться в стані стресу. Під стресом мається на увазі неспецифічна реакція організму у відповідь на різні несприятливі зовнішні впливи, в тому числі і на підйом температури.
Перший етап фотоінгібування«окислювальний стрес», тобто утворення та накопичення у клітинах симбіонтів реактивних форм кисню (reactive oxygen species, ROS), які можуть серйозно порушити нормальну роботу клітини. Для захисту від реактивних форм кисню існує спеціальна система антиоксидантів, і якщо вона зберігає свою ефективність, реактивні форми кисню в клітині не накопичуються. Якщо заходи захисту виявляються недостатньо ефективними, і пошкодження все ж таки відбуваються, то в справу вступає система репарації (лагодження), завдяки якій пошкоджені молекули білка можуть бути замінені новими.
Хоча корали і отримують майже всю необхідну їжу від автотрофних симбіонтів, багато з них зберігають здатність заковтувати харчові об'єкти через отвір, подібно до більшості інших кишковопорожнинних. Ті види, які здатні до такого хижого (або, як його ще іноді називають, гетеротрофного) харчування, здатні краще переносити знебарвлення. У той же час, якщо поліп переходить на хижне харчування, його симбіонти, стаючи менш залежним від господаря, можуть збільшити витрати на власний захист від реактивних форм кисню і зменшити пошкодження.
Незважаючи на деякий прогрес у вивченні проблеми знебарвлення коралів, багато моментів залишаються незрозумілими. Зокрема, дивує те, що відторгнення симбіонтів починається за температури, яка лише на 1–2°C перевищує середній літній максимум. Багато організмів, що залежать від симбіонтів (корали, актинії, губки), починають гинути вже за температури 29–32°C, яка зовсім не є особливо високою для тропіків. Великі водорості спокійно переносять підвищення до 35°C, а температура, критична для виживання тропічних риб, перебуває між 34,7 і 40°C. Не виключено, що саме симбіотичні стосункипорушуються у разі підвищення температури.
У нормальних умовах симбіонти виділяють сигнальні речовини, які потрапляють на мембрану, утворену господарем для ізоляції симбіонту. Мембрана працює як медіатор, який передає ці сигнали. Якщо симбіонти перебувають у стані стресу, їх зв'язок з поліпом може порушитися, як і призводить до відторгнення поліпом симбіонтів чи знищення власних клітин, у яких живуть симбіонти.
Інший можливий варіант - це стрес самого коралового поліпа, що порушує його здатність контролювати чисельність симбіотичних водоростей. Адже нормі щільність популяціїSymbiodiniumвсередині поліпа стабільна і невисока, хоча відомо, що швидкість розмноження цих клітин значно перевищує швидкість розмноження клітин поліпа. Відомо, що в нормальних умовах існування клітини симбіонтів, що виштовхуються поліпом, зазвичай порушені. У той же час при знебарвленні, викликаному високою температурою, симбіонти, що відторгаються, виглядають здоровими і нормально фотосинтезуючими. Відповідно, виникає припущення, що в умовах стресу поліп втрачає здатність розрізняти пошкоджені та здорові клітини симбіонтів.