На коралловых рифах обитает четверть всех существующих морских видов, однако изменение климата, чрезмерный отлов рыбы и загрязнение окружающей среды могут привести к исчезновению этих экосистем в течение ближайших десятилетий.
В попытках восстановить повреждённые рифы, морские биологи собирают кораллы в океане и разламывают их на фрагменты. Это позволяет коралловым колониям быстро развиваться, а у учёных на руках появляются сотни более мелких кораллов, которые можно выращивать в рассадниках и, в конечном счёте, пересаживать обратно на рифы.
Но если каждый фрагмент является точной копией одного общего родителя, то любая полученная в результате колония, скорее всего, будет генетически идентична остальной популяции. Это важно, так как наличие разнообразных генетических признаков может помочь рифам справляться с болезнями и приспосабливаться к быстрым изменениям окружающей среды.
А что, если ученые смогли бы использовать половое размножение в проектах по восстановлению кораллов? В дикой природе каменистые виды кораллов, лежащие в основе большой части тропических рифов мира, размножаются, выпуская сперматозоиды и яйцеклетки в воду. Такой массовый нерест часто случается в полнолуние, когда приливы наиболее полноводны. Мощные водные потоки относят яйцеклетки на большие расстояния, поэтому их могут оплодотворить сперматозоиды кораллов из дальних колоний.
Потомство, полученное таким путём, обладает уникальной комбинацией генов от разных родителей, и это способствует сохранению генетического разнообразия коралловых популяций. Рифы, восстановленные с помощью образовавшихся в результате полового размножения кораллов, скорее всего, будут более жизнеспособными и выносливыми. Учёным было нелегко воссоздать этот процесс в лабораторных условиях, но, работая над одним проектом в Мексике, я увидела, что это возможно, и научилась делать это сама.
Коралловый секс в лаборатории
Коралловые рифы настолько огромны, что их видно из космоса. Но наблюдать за их размножением невероятно сложно. Они делают это лишь несколько ночей в году, а точная дата и время определяются экологическими факторами, о которых ученым до сих пор известно не всё.
Изменения в климате приводят к тому, что рифы с установленным порядком нереста меняют его график, что делает эти события менее частыми и предсказуемыми. Это затрудняет синхронизацию нереста у разных колоний, снижая их шансы на успешное оплодотворение в дикой природе.
Лаборатория CORALIUM Национального автономного университета Мексики (National Autonomous University of Mexico) является частью общекарибской сети специалистов по нересту кораллов. Её сотрудники собирают сперматозоиды и яйцеклетки кораллов с разных карибских рифов, и воспроизводят оплодотворение в лаборатории.
Команда обычно дожидается полнолуния, когда более высока вероятность, что кораллы начнут нереститься. Коралловые сперматозоиды и яйцеклетки аккуратно собирают с помощью сетей и пластиковых контейнеров. Водолазы проявляют особую осторожность, чтобы не повредить риф. Миллионы собранных сперматозоидов и яйцеклеток отправляются обратно в лабораторию, где исследователи их очищают и всю ночь наблюдают за процессом искусственного оплодотворения, после которого новорожденные кораллы будут свободно плавать по рифу в виде личинок. Эти личинки очень чувствительны к качеству воды, температуре и патогенным микроорганизмам, за ними нужно постоянно следить.
В какой-то момент личинки осядут на твердой поверхности и превратятся в полипы — зачатки коралловой колонии. В океане такими поверхностями часто являются скелеты мёртвых кораллов. В лаборатории это посевные агрегаты — трёхмерные конструкции, разработанные учеными природоохранной организации SECORE, напоминающие обломки кораллов, которые обычно плавают по океаническим течениям, прежде чем пристать к рифу.
Каждый отпрыск, произведённый на свет таким образом, несёт в себе уникальную смесь генов, которая потом передается новому поколению кораллов. Полученная популяция обладает более устойчивым генофондом, что может помочь ей противостоять новым болезням и другим угрозам. Эта долгосрочная стратегия спасения кораллов также подразумевает продолжение полового размножения на восстановленных рифах, в то время как это было бы невозможно для популяции, состоящей из идентичных клонов.
Восстановление карибских рифов
С середины 1970-х Карибские острова утратили, возможно, до 80% кораллового покрова. Оставшиеся колонии сейчас относительно изолированы, что снижает шансы на скрещивание. Но в контролируемых лабораторных условиях частота оплодотворения превышает 80%, а выживаемость личинок высока. Это означает, что тысячи молодых кораллов проживут несколько недель в инкубаторе и гарантировано доживут до тех пор, когда они будут готовы к высаживанию на рифе.
Но стоимость такой работы, в том числе ночных погружений специалистов на дно, закупки специализированных материалов для сбора икры, аренды лаборатории, где можно тщательно контролировать оплодотворение, часто слишком высока, такую сумму не потянуть небольшим реставрационным проектам. Поэтому мексиканские ученые разработали недорогие методы лабораторного размножения кораллов и обучают им команды со всего Карибского бассейна.
Я прошла их курс в 2016-м году и через год создала новое нерестилище в Акумале (Akumal), в часе езды к югу от лаборатории CORALIUM недалеко от Канкуна. Кораллы здесь никогда не нерестились, но я научила волонтеров из местного дайвинг-центра замечать признаки нереста. Во время пятого ночного погружения подряд мы стали свидетелями одновременного нереста нескольких колоний кораллов вида элкхорн.
Мы временно оборудовали лабораторию в гостиничном номере, поместили там стерилизованные пластиковые резервуары для личинок с отфильтрованной морской водой и произвели на свет тысячи коралловых детенышей для восстановления рифов. Затем, в 2018 году, мы на очень ограниченные средства построили на берегу моря лабораторию по размножению кораллов. У расположенной под деревом конструкции из шлакоблоков стены сделаны из противомоскитной сетки, и прохладный морской ветер поддерживает в резервуарах постоянную температуру в 28-29°C.
К моменту лунного затмения того года лаборатория была уже готова. Но мы не ожидали настолько массового нереста такого количества колоний, поэтому открытие лаборатории превратилось в полный хаос — везде были маркированные цветом ёмкости с образцами из разных мест и от разных родительских колоний.
Опыт работы с местами нереста кораллов до сих пор является одним из важнейших в моей карьере. Всё по высшим исследовательским стандартам: это был современный, динамичный и сложный эксперимент. И это именно то, что я ожидала, когда решила стать исследовательницей морей.
