Любой, кто посетит Большой Барьерный риф в Австралии, коралловый треугольник Юго-Восточной Азии или рифы Центральной Америки, обязательно скажет о том, насколько потрясающими и яркими являются эти места. Действительно, считается, что коралловые рифы содержат больше биоразнообразия, чем любая другая экосистема на планете, причем кораллы обеспечивают защиту и убежище для сотен видов рыб и ракообразных.

Но эти экосистемы находятся под угрозой. Глобальное давление, такое как повышение температуры океана, приводит к тому, что кораллы становятся призрачно белыми — явление, называемое обесцвечиванием, и умирают. Одно семейство кораллов — Acropora — кажется особенно уязвимым, и ожидается, что его численность в будущем сократится. Это особенно беспокоит, поскольку эти кораллы быстро растут и поэтому имеют важное значение для рифов в своей структуре. Исследователи внимательно изучили Acropora tenuis, вид в этом семействе, который, как известно, имеет три цветовых морфы — коричневый, фиолетовый и желто-зеленый. Их новое исследование, опубликованное в G3: Genes\ Genomes\ Genetics., указывает на то, что эти цветовые морфы говорят об устойчивости кораллов к высоким температурам, и обнаружили лежащие в основе генетические факторы, которые, по-видимому, ответственны за это.

«Коралловые рифы очень красивы и имеют множество разных цветов», — сказал профессор Нориюки Сато, возглавляющий отдел морской геномики в Окинавском институте науки и технологий аспирантуры (OIST). «Когда мы начали изучать различные цветовые морфы A. tenuis, мы заметили, что некоторые морфы обесцвечиваются быстрее и умирают чаще, чем другие. Летом 2017 года мы увидели, что многие коричневые и пурпурные морфы обесцвечиваются вместе с коричневыми. морф умирает с большей скоростью, но желто-зеленый вид, казалось, демонстрирует устойчивость к летним температурам».

Группа работала с несколькими людьми из окинавского сообщества, в том числе с Кодзи Киндзё из Sea Seed, который руководит частным аквариумом, где уже около 20 лет выращивают разные цветовые морфы. Этот аквариум помог исследователям наблюдать за кораллами в течение последних двух десятилетий и определить, насколько устойчив этот вид к изменению климата, а также его основные причины.

В 2020 году профессор Сато и его сотрудники расшифровали геном A. tenuis, который предоставил им инструментарий для этого исследования, что позволило им взглянуть на генетические основы, вызывающие различные морфы.

«Сначала мы думали, что разница в устойчивости может быть связана с кораллами, в которых обитают разные виды симбиотических водорослей, которые фотосинтезируют коралл и, таким образом, снабжают его энергией. Предыдущие исследования показали, что некоторые симбиотические водоросли более устойчивы к изменению климата чем другие. Но когда мы посмотрели на трехцветные морфы, мы обнаружили, что все они содержат очень похожие водоросли», — объяснил профессор Сато.

Имея это в виду, исследовательская группа вместо этого сосредоточила внимание на уровнях экспрессии белков, которые, как считается, отвечают за цвет кораллов. Существует четыре разные группы этих белков: зеленые флуоресцентные белки (GFP), красные флуоресцентные белки (RFP), голубые флуоресцентные белки (CFP) и нефлуоресцентные синие / пурпурные хромопротеины (ChrP). Исследователи изучили уровни экспрессии генов пяти типов GFP, трех типов RFP, двух типов CFP и семи типов ChrP у нескольких кораллов каждой морфы.

Как и следовало ожидать, они обнаружили, что зеленая морфа экспрессирует большое количество FGP, но исследователи обнаружили, что два из пяти экспрессируются на особенно высоких уровнях. Более удивительным было то, что эти два белка были экспрессированы на еще более высоком уровне летом, что указывает на то, что они помогают кораллам выдерживать более высокие температуры. В частности, эти белки, по-видимому, защищали симбиотические водоросли, а это означало, что эта цветовая морфа почти не обесцвечивалась.

Напротив, кораллы с морфой коричневого цвета, которые экспрессируют гораздо меньшие количества этих двух белков, обесцвечивались примерно на 50% за июль и август 2017 года.

Фиолетовый морф снова был другим. Он экспрессировал очень мало каких-либо флуоресцентных белков, но гораздо более высокие уровни Chrp. Кораллы с этой цветовой морфой обесцвечиваются на промежуточных уровнях между кораллами с коричневой морфой и кораллами с зеленой формой.

«Коралловые рифы так важны для биоразнообразия», — заключил профессор Сато. «Узнав больше о них, мы сможем их сохранить. В настоящий момент мы не можем так сильно помочь в отношении ситуации с коралловыми рифами, но сбор этих фундаментальных знаний, понимание того, как работают кораллы, очень важно для долгосрочного сохранения».

Это исследование показало, что цветовая морфология кораллов во многом влияет на их реакцию на высокие температуры. Причины, лежащие в основе этого, например, как именно зеленый флуоресцентный белок защищает симбиоз, несомненно, станут темой исследований в будущем.