Коралловым рифам — одной из самых удивительных экосистем Земли — грозит исчезновение. 1-ый тревожный признак их неблагополучия — так называемое «обесцвечивание» (англ. bleaching), утрата цвета, вызванная тем, что полип отторгает собственных симбионтов — одноклеточные водоросли рода Symbiodinium. Эти симбиотические водоросли (представители группы динофлагеллят) живут непосредственно в клетках полипа и
Коралловым рифам — одной из самых удивительных экосистем Земли — грозит исчезновение. 1-ый тревожный признак их неблагополучия — так называемое «обесцвечивание» (англ. bleaching), утрата цвета, вызванная тем, что полип отторгает собственных симбионтов — одноклеточные водоросли рода Symbiodinium. Эти симбиотические водоросли (представители группы динофлагеллят) живут непосредственно в клетках полипа и играют важную роль в его питании. По некоторым оценкам, до 90% пищи кораллов приходится на органическое вещество, образуемое в конечном итоге фотосинтеза симбиотических водорослей. В ответ полип предоставляет водорослям укрытие, также снабжает их дефицитными биогенными элементами (азотом и фосфором) и углекислым газом (источником углерода). При наблюдаемом сейчас повышении температуры приповерхностных вод, похоже, нарушается вся система взаимосвязей меж организмом кораллового полипа и его симбионтами, и коралл начинает выбрасывать здоровые фотосинтезирующие клетки водорослей. Смогут ли кораллы и их симбионты приспособиться к изменившимся условиям, пока неясно.
В качестве первопричины обесцвечивания кораллов обычно указывают повышение температуры воды в поверхностных слоях аква толщи. Если это взаправду так, то в аспектах продолжающегося глобального потепления можно ожидать, что через 20–50 лет коралловые рифы вообще пропадут с лица Земли. Но Эндрю Бейрд (Andrew H. Baird) из Центра исследования кораллов при Институте Джеймса Кука (Таунсвилль, Австралия) в работе, выполненной совместно с сотрудниками из других научно-исследовательских учреждений Австралии, считает, что пока у нас нет возможности предвещать будущее коралловых рифов. Причина — слабая изученность тонких физиологических отношений («взаимопонимания») меж коралловыми полипами и их симбионтами. Но кое-какие результаты в этой области всё же достигнуты, и лаконичный их обзор Бейрд и его соавторы привели в последнем номере журнала Trends in Ecology and Evolution.
Начало обесцвечиванию может положить фотоингибрование — нарушение работы фотосинтетического аппарата симбионта, точнее — фотосистемы II», вызванное ультрафиолетом и видимым светом (в голубой части спектра). Порог интенсивности освещения, при котором наступает фотоингибирование, может быть разным у разных видов водорослей, и, что очень принципно, он может изменяться, если организм находится в состоянии стресса. Под стрессом подразумевается неспецифическая ответная реакция организма на самые разные неблагоприятные внешние воздействия, в том числе и на подъем температуры.
1-ый шаг фотоингибирования — «окислительный стресс», другими словами образование и скопление в клетках симбионтов реактивных форм кислорода (reactive oxygen species, ROS), которые могут серьезно нарушить нормальную работу клетки. Для защиты от реактивных форм кислорода существует особенная система антиоксидантов, и, если она сохраняет свою эффективность, реактивные формы кислорода в клетке не накапливаются. Если меры защиты оказываются недостаточно эффективными, и повреждения всё же происходят, то в дело вступает система репарации (починки), благодаря которой поврежденные молекулы белка могут быть изменены новыми.
Очевидно, что если коралловый полип защитит собственных симбионтов от сильного света, он может предупредить обесцвечивание, связанное с фотоингибированием. А конкретно, коралл может иметь собственные флуоресцирующие пигменты, которые поглощают видимый свет, а позже рассеивают его в виде свечения. Такие пигменты взаправду часто встречаются у кораллов (на Большом Барьерном рифе их содержат 97% кораллов, растущих на мелководьях). Исследователи отыскали также, что те группы коралловых полипов, которые характеризуются низким содержанием флуоресцирующих пигментов, как раз более часто подвергаются обесцвечиванию. Остается, правда, неизвестным, как отлично флуоресцирующие пигменты противостоят практически тепловому, а не световому воздействию.
Организм симбионта, а заодно и обладателя, защищают также так называемые «микоспорин-подобные аминокислоты» (Mycosporine-like amino-acids), которые поглощают ультрафиолет, а позже рассеивают его в виде тепла. Хотя понятно, что коралловые полипы сами не могут создавать эти аминокислоты, а получают их от симбионтов или из заглоченной пищи, содержание их в теле коралла довольно высокое. Коралловый полип имеет и свою антиоксидантную систему, также белки теплового шока, помогающие клеткам нормально работать при повышении температуры выше нормы. Отмечено, что в кораллах, которые менее других подвержены обесцвечиванию, выше содержание белков теплового шока.
Хотя кораллы и получают фактически всю подходящую пищу от автотрофных симбионтов, многие из их сохраняют способность заглатывать пищевые объекты через ротовое отверстие, подобно большинству других кишечнополостных. Те виды, которые способны к такому хищному (или, как его еще временами называют, гетеротрофному) питанию, способны лучше переносить обесцвечивание. В то же время, если полип переходит на хищное питание, то его симбионты, становясь менее зависимым от обладателя, могут прирастить расходы на свою защиту от реактивных форм кислорода и уменьшить повреждения.
Несмотря на некоторый прогресс в исследовании трудности обесцвечивания кораллов, многие моменты остаются непонятными. А конкретно, поражает то, что отторжение симбионтов начинается при температуре, которая всего на 1–2°C превосходит средний летний максимум. Многие организмы, зависящие от симбионтов (кораллы, актинии, губки), начинают погибать уже при температура 29–32°C, которая совершенно не является особо высокой для тропиков. Огромные водоросли расслабленно переносят повышение температуры до 35°C, а температура, критическая для выживания тропических рыб, находится меж 34,7 и 40°C. Не исключено, что непосредственно симбиотические дела нарушаются при повышении температуры.
В обыденных аспектах симбионты выделяет сигнальные вещества, которые попадают на мембрану, образуемую обладателем для изоляции симбионта. Мембрана работает как медиатор, передающий эти сигналы. Если симбионты находятся в состоянии стресса, то их связь с полипом может нарушиться, что и приводит к отторжению полипом симбионтов или уничтожению собственных клеток, в каких живут симбионты.
Другой возможный вариант — это стресс самого кораллового полипа, нарушающий его способность контролировать численность симбиотических водорослей. Ведь в норме плотность популяции Symbiodinium внутри полипа стабильная и низкая, хотя понятно, что скорость размножения этих клеток значительно превосходит скорость размножения клеток полипа. Понятно, что в обыденных аспектах существования клетки симбионтов, выталкиваемые полипом, обычно нарушенные. В то же время при обесцвечивании, вызванном высокой температурой, отторгаемые симбионты смотрятся бодрствующими и нормально фотосинтезирующими. Соответственно, возникает предположение, что в аспектах стресса полип теряет способность различать поврежденные и здоровые клетки симбионтов.
В заключение статьи создатели подчеркивают, что, несмотря на весомый прогресс в исследовании физиологических и молекулярно-биологических свойств обесцвечивания кораллов, практически все остается неясным. А конкретно, по-прежнему совсем неизвестна популяционная биология кораллов, что не дает возможности предвещать их динамику в связи с меняющимся климатом.
Источник : Andrew H. Baird, Ranjeet Bhagooli, Peter J. Ralph, Shunichi Takahashi. Coral bleaching: the role of the host // Trends in Ecology and Evolution. 2009. V. 24. № 1. P. 16–20 (вся статья в открытом доступе).
(Алексей Гиляров elementy.ru)
Похожие статьи:
