Кораллы используют встроенную систему вентиляции для защиты от стресса

По мере потепления вод явление "обесцвечивания кораллов" распространяется, но не все кораллы одинаково уязвимы. Международная команда под руководством Цезаря Пачерреса и Морица Хольтаппельса из Института Альфреда Вегенера (AWI) и Зёренна Амеркампа из Института морской микробиологии Макса Планка, возможно, нашла объяснение: с помощью микроскопических ресничек (цилий) кораллы могут влиять на течения в непосредственной близости, защищая себя от вредных концентраций кислорода.

Коралловые рифы — одна из самых биоразнообразных и экономически важных экосистем. Однако они сталкиваются с множеством угроз: переудобрением, закислением океана, чрезмерным выловом и, что хуже всего, с изменением климата, ведущим к "обесцвечиванию".

Это происходит, когда вода становится слишком теплой для рифостроителей. Большинство мелких полипов, создающих известковые структуры, живут в симбиозе с водорослями динофлагеллятами. В процессе фотосинтеза водоросли производят для кораллов энергоёмкие сахара. Но при слишком высоких температурах водоросли начинают выделять вредные вещества. В ответ полипы "выселяют" их, кораллы теряют цвет и часто погибают. "Но это происходит не со всеми кораллами на рифе", — объясняет Цезарь Пачеррес.

Исследователи детально изучили сложные отношения каменного коралла Porites lutea с его зелёными соседями. Оказалось, что одна из проблем подводного "коммунального хозяйства" заключается в том, что фотосинтез водорослей выделяет большое количество кислорода. Слишком высокая концентрация кислорода, особенно в тёплой воде, может быть опасна. При избытке кислорода органелла фотосинтеза начинает перерабатывать кислород вместо CO₂. Это не только менее эффективно для выработки энергии, но и производит опасные кислородные радикалы, повреждающие клетки. "При избытке солнечного света кораллам трудно избавиться от этого излишка кислорода", — говорит Пачеррес. "Слабое движение воды и высокие температуры усугубляют этот эффект, известный как окислительный стресс, который считается основной причиной обесцвечивания кораллов".

Используя инновационные методы, эксперты проследили путь кислорода. Они обнаружили, что водоросли, производящие кислород, распределены среди кораллов неравномерно — в некоторых областях их плотность была значительно выше. "Мы ожидали найти самые высокие концентрации кислорода в воде над этими точками фотосинтеза", — говорит Зёренн Амеркамп. "Но, к нашему большому удивлению, всё было наоборот".

Это открытие противоречит общепринятой теории массопереноса между кораллами и их окружением. Ранее предполагалось, что выделяемые вещества просто диффундируют из областей с высокой концентрацией в области с низкой. Единственное объяснение иной картины — активный транспорт кислорода самими кораллами. Благодаря современным технологиям наблюдения теперь известно, как это делается.

"Хитрость в том, что крошечные волоски, или реснички, на поверхности кораллов, двигаясь согласованно, создают небольшие завихрения", — объясняет Амеркамп. Таким образом, полипы могут формировать локальные течения, чтобы целенаправленно "проветривать" области, богатые водорослями. Они направляют бедную кислородом воду сверху в зоны с наибольшей плотностью водорослей, где она насыщается кислородом. В свою очередь, восходящая часть созданного вихря уносит эту воду от кораллов и высвобождает кислород выше в толще воды.

С помощью компьютерной модели исследователи смоделировали взаимодействие диффузии и работы ресничек на поверхности кораллов. Моделирование показывает, что, создавая эти локальные вихри рядом с водорослями, каменные кораллы могут вдвое сократить площадь своей поверхности, подверженную критическим концентрациям кислорода.

"Таким образом, эти сидячие кораллы не полностью беззащитны перед морской средой, как считалось ранее", — говорит Мориц Хольтаппельс. Целенаправленное влияние на массоперенос с окружающей средой и "отгон" избыточного кислорода могут быть жизненно важны для этих организмов, особенно растущих в водах со слабым течением или без него. Однако, скорее всего, не все кораллы обладают такой совершенной системой вентиляции. Это может объяснить, почему некоторые из них обесцвечиваются сильнее других в неблагоприятных условиях.