Koralsædbanker: Et sikkerhedsnet for rev?

Koralsædbanker: Et sikkerhedsnet for rev?

Koraller i Lady Elliot Island Reef, det sydligste rev i Great Barrier Reef Marine Park. Foto af Rebecca Spindler/Taronga Zoo

Du har hørt om frøbanker - dyrebare hvælvinger, der holder plantegenetisk materiale frosset for eftertidens skyld. Men hvad med koralbanker?



I mere end et årti har havbiolog Mary Hagedorn dyrket kunsten at omhyggeligt nedfryse koralsæd gennem en proces kendt som kryokonservering. Hendes mål er at samle så mange arter som muligt til brug i fremtidig forskning og restaurering, og at uddanne andre forskere til at følge hendes spor.

'Vi er nødt til at samle denne genetiske mangfoldighed og forsøge at hjælpe, mens der stadig er en masse diversitet på plads i havet,' siger Hagedorn, en seniorforsker ved Smithsonian Conservation Biology Institute, som har base i Kaneohe, Hawaii.

Verdens koraller står over for et angreb af trusler, både lokale – såsom forurening og sedimentopbygning – og globale, såsom stigende havtemperaturer og surhedsniveauer, der stammer fra stigende drivhusgasemissioner.

Koralblegning er en særlig mærkbar manifestation af koralstress, der står kun til at intensivere med det skiftende klima. Det sker, når usædvanlig høj eller lav vandtemperatur får koraller til at uddrive de symbiotiske alger, der giver dem næringsstoffer.

'Vi ser ødelæggende ændringer i vores rev på grund af blegningen,' siger Hagedorn. 'Det stresser dem, og det stresser dem til det punkt, hvor mange af dem ikke formerer sig, og det kan stresse dem til det punkt, hvor de [kunne] dø.'

Eksempel: Luft- og undervandsundersøgelser taget af Australiens National Coral Bleaching Taskforce afslører, at blegning har påvirket 93 procent af Great Barrier Reef, i det mindste i en vis grad. Områder, der er hårdest ramt - i revets nordlige udkanter - har lidt en 50-procents død ifølge en foreløbig meddelelse om resultaterne .

Frysning af koralgameter i banker til opbevaring kan potentielt hjælpe forskere og naturbeskyttelsesfolk med at håndtere og modvirke tabet af koraldiversitet i naturen. Tanken er, at videnskabsmænd vil være i stand til at trække på disse 'frosne zoologiske haver', som Hagedorn kalder dem, til materiale til brug i forskellige typer af koralforskning, såsom forbedring af teknikker til at opdrætte og genoprette koraller til rev.

Fordi mange koraller har begrænsede gydeperioder, tilbyder banker også større adgang til eksperimentelt materiale, som ellers kun ville kunne fås et par gange om året.

”Det er ikke en kogebogsproces. Det tog mig flere år at finde ud af præcis, hvordan man kryobevarer koralsæd.'

Hagedorn havde forsket i kryokonservering i fisk, da hun blev interesseret i korallers situation. Udvikling og finjustering af en procedure til sikkert at fryse og opbevare deres sædceller har brugt mere end et årti. 'Det er ikke en kogebogsproces,' siger Hagedorn. 'Det tog mig adskillige år at finde ud af præcis, hvordan man kryobevarer koralsæd, og hvordan man gør fryseprocessen enkel og feltvenlig, så vi kunne banke under markforhold.' Hun fik med succes sin første sædcelle for omkring fem eller seks år siden.

Generelt involverer forberedelse af koralsæd til bankvirksomhed indsamling af koralfragmenter eller kolonier på randen af ​​gydning (mange koraller er hermafroditter; hver polyp indeholder æggestokke og testikler); placere dem i individuelle beholdere nedsænket i havvand; og venter på, at de frigiver deres æg og sæd sammen i æteriske bundter, der flyder opad som millioner af små balloner.

'Det er den smukkeste ting på jorden, helt ærligt,' siger Hagedorn drømmende.

Forskere, der står klar, suger bundterne op med pipetter og placerer dem i rør med havvand. Pakkerne falder til sidst fra hinanden, hvor æggene flyder til overfladen, og sæden forbliver i opløsning. Så 'opretter vi en slags minifertilitetsklinik for korallerne,' siger Hagedorn.

Et eksempel på en koral, der gyder, i dette tilfælde arten Orbicella faveolata eller bjergrig stjernekoral. Kredit: Schmahl/FGBNMS

Sæden gennemgår først kvalitetskontrol, hvorved forskere inspicerer prøver fra hver koloni under et mikroskop, og undersøger sædcellernes tæthed og motilitet. 'Det er ret vanskeligt arbejde,' siger Madeleine van Oppen, professor i havbiologi ved University of Melbourne og en senior hovedforsker ved Australian Institute of Marine Science og en af ​​Hagedorns samarbejdspartnere. 'Du kan ikke bare samle nogle sperm og fryse det; du skal faktisk se på det og sikre dig, at det er sundt nok,' siger hun og tilføjer, at 'tiden er begrænset, da sæden kun forbliver levedygtig i flere timer efter at være blevet frigivet fra kolonien.'

Forskere placerer den virile sperm i små hætteglas og anvender det, der i det væsentlige er frostvæske, for at forhindre dannelse af iskrystal. Derefter kaster de disse hætteglas ned i et specielt designet apparat, der indeholder flydende nitrogen, som fryser dem. Derefter går de fleste af hætteglassene i en forsendelsesbeholder, der holder køligheden i. 'Det er ligesom en termokande, der har specielt skum i sig, der holder temperaturen i omkring to uger,' siger Hagedorn.

Disse hætteglas sendes derefter til en bank. I øjeblikket opbevarer Hagedorn og partnere koralsæd i frysere placeret på USDA's National Animal Germplasm Program - som også huser frosset genetisk materiale fra husdyr - og Australiens Taronga Zoo.

(For at bevise, at frysningsprocessen ikke beskadigede sæden, optøede forskerne de ikke-afsendte hætteglas og udfører endnu en kvalitetskontroltest, som indebærer befrugtning af de friske koralæg, som de indsamlede med den tidligere frosne sæd for at se, om de kan producere levedygtige larver i stand til at sætte sig eller slå rod på en overflade, som vilde korallarver gør på klipper.)

Indtil videre har Hagedorn sat sæden fra 12 koralarter - fem fra USA og caribiske farvande og resten fra Great Barrier Reef. 'Det betyder, at vi har milliarder af sædceller frosset i vores banker,' siger hun.

At bevare sæden fra 35 kolonier af en enkelt art er nok til at fange 90 procent af en populations genetiske mangfoldighed, ifølge Hagedorn. I betragtning af, at verden har 800 arter af koraller, burde bankrepræsentative sædprøver af hver være 'meget gennemførlige', siger hun - det vil sige, hvis flere forskergrupper slutter sig til indsatsen. (Indtil videre er Hagedorns laboratorium det eneste, der samordnet finpudser kryokonservering og bankteknikker, siger hun.)

At beslutte, hvilken koral der skal bankes i første omgang, er dels metodisk, dels praktisk. Højt prioriterede arter omfatter dem, der er særligt vigtige for revbygning, såsom forgrenede koraller, som giver mange afkroge for andre organismer at leve i. Men 'det kommer nogle gange bare ned til pragmatisme,' siger hun. 'Hvad kan vi få, hvad gyder, hvad vil virke?'

Hagedorns team har fokuseret på bankarter af slægten Acropora , som omfatter hurtigtvoksende, forgrenede koraller som elghorn og staghorn -begge udpeget som kritisk truet i Caribien af ​​International Union for Conservation of Nature. De ser ud til at være de mest følsomme over for blegning og sygdom, siger hun.

'Hvert år sker der en eller anden ting hernede ... en hel koloni vil dø, eller en befolkning vil dø.'

En stor udfordring for banking af koralsæd er at få den rigtige timing. En række arter gyder i et meget smalt vindue, så indsamling af æg- og sædbundter er et kapløb mod uret. For eksempel gyder størstedelen af ​​Great Barrier Reef-koraller i et par timer højst i løbet af kun to til tre nætter om året. 'Det har faktisk været en enorm udfordring for os at få nok genetisk materiale [fra] Great Barrier Reef,' siger Hagedorn.

Nogle korallers cyklus er heldigvis mere afslappet. 'Vi har en meget længere reproduktionsperiode på Hawaii,' siger Hagedorn. 'Det starter i april og går til september.'

Til august rejser Hagedorn til Florida Keys, hvor hendes team planlægger at banke staghorn-sperm fra planteskoler, der vedligeholdes af Coral Restoration Foundation , en nonprofitorganisation baseret i Key Largo, der opdrætter og genopretter koraller til rev. Hun vil også træne en international gruppe forskere i sine metoder i håb om, at flere hold vil tage dem til sig.

Relateret artikel

En modstandsdygtig hybrid: Fused Staghorn Coral

Ken Nedimyer, fondens præsident og stifter, deler gerne sine koraller med Hagedorns team – han ser koralbankvirksomhed som en sikkerhedsforanstaltning. Hans planteskoler huser i øjeblikket 130 forskellige genetiske stammer af staghorn-koraller, hvoraf omkring 40 ikke længere findes i naturen. 'Hvert år sker der en eller anden ting hernede, og vi mister mere genetisk materiale - en hel koloni vil dø, eller en befolkning vil dø, og genetikken i den befolkning er væk for altid,' siger han. 'De sidste to år har været særligt dårlige på grund af koralblegning.'

Mens Nedimyers team fokuserer på at reproducere koraller aseksuelt fra fragmenter - hvilket resulterer i genetiske kloner - er de også interesserede i at formere koraller seksuelt. Men at eksperimentere med befrugtningsteknikker er svært, når en art kun giver friske kønsceller årligt, siger han. Med koralbanker at trække fra, 'ville du have 12 måneder om året til at arbejde med dem, og du kunne gøre det når som helst du vil.'

Der mangler dog stadig en vigtig del af opgørelsen fra disse banker: æg.

Koralæg er meget større end sædceller, og det har været en udfordring at finde ud af, hvordan man fryser dem, så de ikke udvikler iskrystaller, og hvordan man kan tø dem op uden at beskadige dem, siger Hagedorn. Men fremskridt inden for frysning af menneskelige æg i løbet af de sidste mange år har inspireret hendes team, og de har udviklet en teknologi til kryokonservering af koralæg, som hun siger ser lovende ud. Hvis det viser sig vellykket, vil det 'forstærke vores magt enormt,' siger hun.

Metoden kan måske også overbevise flere forskergrupper til at begynde at banke koraller. 'Når hun sømmer [ægkryokonservering], tror jeg, at vi vil få en eksponentiel optagelse af metoderne,' siger van Oppen.

Men perfektion af koralbanker er kun en del af Hagedorns overordnede plan for at bevare revets biodiversitet. Hun og hendes team har også fryset alger, der lever i for eksempel koraller, såvel som stamceller fra koralrevsfisk. 'Vi forsøger at gå efter hele revet,' siger hun. Det er altid bedre at have mere i opsparing.