Спасут ли трансгенные водоросли гибнущие коралловые рифы

На прошедшем в декабре 2017 года Европейском симпозиуме по коралловым рифам ученые со всего мира обсудили состояние кораллов и их судьбу в условиях изменения климата. Дело плохо: за последние два десятилетия каждые 6−8 лет, в периоды максимальной жары, коралловые рифы по всему миру обесцвечивались и частично гибли. Естественное восстановление рифов занимает 15−30 лет. Так что если подобная динамика сохранится, к 2050 году большинство кораллов погибнет.

Спасать их, ограничивая выбросы углекислого газа, уже недостаточно и поздно. Достигнутый сейчас уровень содержания углекислого газа в атмосфере Земли достаточен, чтобы большинство кораллов не дожили до 2050 года. Поэтому просто оставить рифы в покое и ничего не трогать означает их потерять. Чтобы спасти кораллы, людям придется вмешаться в их жизнь: создать коралловое хозяйство — подобно лесному хозяйству — бороться с вредителями и активно заниматься восстановлением погибших рифов. Добрая половина докладов была посвящена попыткам это сделать.

Одни ученые рассказывали о поиске особо устойчивых видов кораллов и перспективах акклиматизации их в новых местах. Другие — о «коралловых питомниках», в которых они разводят «саженцы» и высаживают их на рифы. Третьи — об экспериментах по приданию устойчивости кораллам путем ускоренной эволюции, межвидового скрещивания или генной инженерии.

Каждый коралл — это сложное сообщество. Он состоит из, собственно, коралловых полипов (сидячие животные) и их многочисленных симбионтов. Среди последних, главные — одноклеточные водоросли рода Symbiodinium, они обеспечивают 80−90% питания полипов и нужны для осаждения известкового скелета. Кроме них, на каждом коралле живут сотни видов мелких рыбок, креветок, крабов, моллюсков и разнообразных червей, и тысячи видов бактерий и вирусов. Их отношения (симбиозы, конкуренция, хищничество) запутаны сложнее, чем политика на Ближнем Востоке.

Два основных участника этого симбиоза — коралловые полипы и водоросли — могут в какой-то мере обходиться друг без друга. Коралл, потерявший водоросли, питается только тем, что ему удается поймать, а охота — дело непредсказуемое. Такие кораллы живут впроголодь и проигрывают в конкуренции, но все-таки не гибнут сразу и имеют шанс найти себе новых водорослей. Symbiodinium могут свободно жить в море. Там они быстрее растут и делятся, могут переходить к половому размножению, но часто становятся чьим-то обедом. В клетках коралла Symbiodinium надежно защищены от хищников, имеют вдвое больше света (не только прямой сверху, но и отраженный от белого кораллового скелета снизу) и азотные удобрения из отходов жизнедеятельности полипа. Но коралловая «крыша» стоит недешево: за водоросли отдают полипу до 90% продукции своего фотосинтеза! Поэтому водоросли время от времени сбегают на волю, а затем возвращаются к симбиозу с новым поколением кораллов.

Но они могут жить и просто в морской воде, размножаясь при этом быстрее. Поэтому австралийские ученые взяли симбиодиниум из кораллов и стали растить его в пробирках, постепенно повышая температуру. В пробирках поколения водорослей сменялись каждые сутки, поэтому за год эксперимента удалось поднять предельную для них температуру на три градуса. Кораллы с этими водорослями тоже оказались более устойчивы к жаре.

А биологи из университета короля Абдаллы (Саудовская Аравия) заметили, что в Персидском заливе и в северной части Красного моря (примерно от Эйлата до Хургады) кораллы гораздо лучше переносят жару, чем их сородичи в Индийском океане. Причем эта устойчивость — «с запасом». Кораллы из Эйлата в аквариуме выдерживают температуру воды до 32 градусов, чего на их родине никогда еще не было.

Пересадка кораллов между разными районами Красного моря показала, что устойчивость работает только при повышенной солености воды. Соленость Персидского залива и северного Красного моря выше, чем открытых океанов. Эксперименты с пересадкой симбиодиниумов показали, что дело в них, а не в полипах или микробах. А теперь расшифрован и механизм этой устойчивости. Оказалось, что приспособленные к высокой солености линии симбиодиниума накапливают для защиты от соли особый сахар — флоридозид. Он заодно обладает антиоксидантными свойствами, благодаря чему подавляет выделение перекиси перегретыми водорослями и предотвращает обесцвечивание кораллов. Но при обычной солености водоросли предпочитают не тратить энергию на накопление флоридозида. Сейчас ученые работают над тем, чтобы генной инженерией заставить водоросли производить флоридозид в ответ на жару, а не только на соль.

Похоже, в отношениях человечества с природой наступила совершенно новая ситуация. Чтобы спасти экосистемы коралловых рифов, придется создавать и выпускать в море прошедшие искусственный отбор, гибридные, а то и трансгенные водоросли и кораллы. Для многих экологических активистов это будет тяжелый выбор.

Кстати, на этой конференции было заметно, что мировые лидеры в исследовании кораллов меняются. Если раньше это были ученые Австралии, у которых рядом Большой Барьерный риф, и американцы, работавшие в Карибском море и на Гавайях, то теперь их теснит Red Sea Research Center университета короля Абдаллы. Этот очень молодой (открыт в 2008) и один из богатейших университетов мира активно переманивает к себе хороших ученых отовсюду.

Россию на симпозиуме представляла группа под руководством Вячеслава Иваненко с кафедры зоологии беспозвоночных МГУ, изучающая рачков-паразитов кораллов. Ее работы вскрывают огромное разнообразие населения коралловых рифов: почти на каждом изучаемом виде кораллов живут десятки своих уникальных видов мелких ракообразных, а всего их, вероятно, десятки тысяч. Накапливаются данные, что эти рачки могут переносить возбудителей болезней кораллов, подобно тому как комары на суше переносят малярию. Для страдающих от жары и обесцвечивания кораллов распространение заразных болезней часто становится «последней каплей», приводящей к гибели. Поэтому для охраны рифов нужно знать видовой состав живущих на кораллах рачков, и наш доклад вызвал большой интерес. Хотя финансирование нашей группы (в основном от Российского фонда фундаментальных исследований) намного меньше, чем у зарубежных коллег, его хватило на экспедиции на рифы Вьетнама и Мальдив и участие в этом симпозиуме.