Badania: niektóre koralowce mogą przetrwać zmiany klimatu bez kosztów metabolicznych

UNIVERSITY PARK, Pensylwania — Jeśli, jak mówi przysłowie, „w życiu nie ma nic za darmo”, rafy koralowe mogą zapłacić cenę za odporność na zmiany klimatyczne. W rzeczywistości wśród naukowców powszechnie uważano, że koralowce powinny cierpieć z powodu zmniejszonego wzrostu lub innych kompromisów, gdy współpracują z symbiotycznymi algami, które pomagają im tolerować cieplejsze wody. Jednak nowe badania prowadzone przez Penn State pokazują, że niektóre koralowce mogą mieć ciastko i je zjeść, w wyniku czego te partnerstwa z koralowcami mogą zdominować ekosystemy koralowców w przyszłości zmieniającej się klimatycznie.

„Nasze odkrycia obalają ogólne przekonanie, że koralowce budujące rafy z termofilnymi symbiotycznymi algami słabo rosną” – powiedział Todd Lagunis, profesor biologii w Penn State. „Zamiast tego te przystosowane do ciepła koralowce lepiej tolerują ekstremalne morskie fale upałów i są bardziej skłonne do ekologicznej ekspansji i dominacji w ekosystemach raf koralowych w przyszłości. Podczas gdy rafy koralowe przyszłości mogą nie wyglądać ładnie – przy zmniejszonej różnorodności i zmniejszonych usługach ekosystemowych Całkiem nieźle” dużo – odporne zwierzęta, które pozostały, prawdopodobnie nadal będą zapewniać pożywienie i siedliska innym zwierzętom, a także trochę wzrostu raf koralowych dla stworzonych przez nie ekosystemów”.

LaJeunesse wyjaśnił, że koralowce to struktury geologiczne utworzone przez kolonie koralowców składające się z maleńkich pojedynczych polipów przypominających ukwiały, których tkanki zawierają gęste skupiska fotosyntetycznych alg, zwanych „bruzdnicami”. Te wiciowce – które naukowcy nazywają „symbiontami” – różnią się zdolnością do wytrzymywania wysokich temperatur. Kiedy ocean staje się zbyt ciepły, umiera wiele gatunków symbiontów, a wraz z nimi giną ich gospodarze koralowców. A kiedy rafy koralowe zapadają się, zagrożone jest również rybołówstwo, turystyka i usługi ekosystemowe, takie jak bariera przed huraganem.

Według LaJeunesse, pierwsza dokumentacja różnic w śmiertelności koralowców w oparciu o gatunki symbiontów znalezione we wschodnim Oceanie Spokojnym po południowej oscylacji El Niño w latach 1997-1998 miała miejsce, gdy temperatura wody była o 2-4 ° C wyższa niż średnia temperatura historyczna. Powiedział, że po tym wydarzeniu korale, które były gospodarzami symbiontów Durusdinium glynnii, przetrwały, podczas gdy koralowce, które były gospodarzami symbiontów Cladocopium latusorum, wymarły.

„Oczywiście koralowce związane z D. glynnii miały przewagę podczas tego ekstremalnego upału, ale czy trzymanie tych odpornych na temperaturę symbiontów wiąże się z kosztami?”, powiedział Mark Warner, profesor nauk morskich i polityki morskiej na University of Delaware? Poprzednie badania sugerowały że pojawiają się koszty tolerancji termicznej. „Jako zmniejszony transfer składników odżywczych z symbionta do żywiciela i znaczące negatywne fizjologiczne kompromisy, takie jak ograniczony wzrost i sukces reprodukcyjny. Chcieliśmy dowiedzieć się, czy podobny kompromis może wystąpić u koralowców i czy może to wpłynąć na los ekosystemów raf koralowych”.

Aby zbadać potencjalne kompromisy w partnerstwach odpornych na ciepło, zespół badawczy porównał wzrost i reprodukcję koralowców Pocillopora, w których żyją koralowce odporne na ciepło, Kira Turnham, główny autor badania, które zostało opublikowane dzisiaj (19 lipca) w Proceedings of the Towarzystwo Królewskie B. symbiont D. glynnii i najbardziej wrażliwy symbiont C. latusorum.

„Te symbiozy są powszechne w Indo-Pacyfiku i reprezentują ewoluujące, ekologicznie udane relacje” – powiedziała.

W szczególności zespół zmierzył wzrost szkieletu, całkowity wzrost masy i tempo zwapnienia – czyli tempo, w jakim koralowce wytwarzają węglan wapnia, będący miarą ich wzrostu. Zespół zmierzył również wydajność reprodukcyjną i reakcję na stres cieplny, aby ocenić wydajność funkcjonalną tych grup partnerskich.

„Odkryliśmy, że D. glynnii zapewnia zdolność do tolerowania temperatur wody, które zagrażają większości form mutualizmu między koralowcami i wiciowcami, bez zauważalnych kompromisów” – powiedział Turnham. „Ta mieszanka partnerów rośnie i rozmnaża się tak, jak partnerstwo bardziej wrażliwe na temperaturę”.

Turnham zauważył, że różnice w wydajności i funkcjach między dwiema firmami były widoczne tylko podczas eksperymentalnego ogrzewania, podkreślając zdolność D. glynnii do wytrzymywania wyższych temperatur i zapewniania gospodarzom tolerancji na ciepło. Zespół bada również podobne równoważności między koralowcami i algami, które obejmują kilka gatunków koralowców w kraju Palau na zachodnim Pacyfiku, aby określić zakres tych odkryć.

„To badanie podkreśla kontekstowe znaczenie i fascynującą biologię symbiozy koralowców” – powiedział Turnham. „Badając wspólną historię ewolucji symbiontów, zapewniając kontekstową perspektywę i wykorzystując lepszą identyfikację gatunków symbiontów, możemy dokonać bardziej znaczących prognoz dotyczących trwałości koralowców, gdy oceany stale się ocieplają w wyniku zmian klimatycznych”.

Inni autorzy artykułu to Matthew Aschaffenburg, University of Delaware; Tai Petai, Uniwersytet Karoliny Południowej w Beaufort; David Paz-García, Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste; Hector Reyes Bunilla, Autonomiczny Uniwersytet Baja California Sur; Jorge Pinzon, University of Texas w Arlington; Eli Timmins, stan Penn; Robin Smith z Uniwersytetu Wysp Dziewiczych; i Michael McGinley z University of Delaware.

Badania te wspierała Narodowa Fundacja Nauki.