I coralli adulti rilasciano larve che nuotano liberamente come mezzo per propagare la generazione successiva. Ecco due larve di Pocillopora damicornis, le specie di corallo che Rivest e colleghi hanno usato nei loro esperimenti. I "nastri" marroni sono i simbionti algali, che entrano nelle larve prima che vengano rilasciate dai coralli adulti. Credito:© E. Rivest/VIMS.
Un nuovo studio introduce una svolta sorprendente, si potrebbe anche dire una doppia spirale, nella nostra comprensione di come le barriere coralline reagiscono al riscaldamento e all'acidificazione degli oceani. Offre anche la possibilità di un sistema di allerta precoce per gli eventi di sbiancamento indotti dal calore che stanno danneggiando sempre più le barriere coralline di tutto il mondo.
Gli eventi di sbiancamento dei coralli, quando lo stress interrompe la partnership che avvantaggia sia i coralli che le alghe che normalmente vivono all'interno dei loro tessuti, si verificano quasi cinque volte più frequentemente rispetto a quattro decenni fa. Questi eventi hanno devastato vaste aree di habitat della barriera corallina altrimenti vibranti, così come la pesca e il turismo che coltivano, minacciando così i 375 miliardi di dollari che gli scienziati stimano che le barriere coralline sane aggiungano all'economia globale ogni anno.
Nello studio attuale, Emily Rivest del Virginia Institute of Marine Science di William &Mary e colleghi hanno utilizzato una tecnica genomica all'avanguardia per verificare se il riscaldamento e l'acidificazione degli oceani potrebbero influenzare l'ospite corallo in modo diverso rispetto al suo partner algale. Lo studio, pubblicato nell'ultimo numero di Frontiere nelle scienze marine , è stato co-autore di Morgan Kelly della Louisiana State University, Melissa DeBiasse dell'Università della Florida, e Gretchen Hofmann dell'Università della California, Santa Barbara.
Il team di ricerca ha proceduto esponendo un gruppo di larve di corallo e i loro simbionti algali alle acque dell'acquario riscaldate e acidificate alle condizioni previste per l'anno 2100, tenendo un gruppo di controllo nelle condizioni attuali di temperatura e pH. Hanno quindi confrontato il modo in cui le cellule di corallo e algali di questi gruppi sperimentali e di controllo differivano in termini di espressione genica.
L'espressione genica si riferisce al processo mediante il quale una cellula legge il suo codice genetico copiando frammenti selezionati di DNA all'interno del suo nucleo e utilizzando queste "trascrizioni" per produrre proteine per la crescita e il mantenimento delle cellule. Nel senso più ampio, l'espressione genica è il motivo per cui il tuo fegato non fa crescere i bulbi oculari o viceversa. Ma per ogni tipo di cellula, che si tratti di fegato, corneale, corallo, o algale:l'espressione differenziale dei geni di un organismo determina anche aspetti più sottili della struttura e della funzione cellulare, come la velocità del metabolismo o la produzione di enzimi.
Importante per lo studio attuale, anche i cambiamenti nell'espressione genica sono correlati allo stress. I ricercatori hanno quindi utilizzato questi cambiamenti per valutare quali cellule, coralli o alghe, sono più colpite dall'acqua eccessivamente calda o dall'acidità corrosiva.
I coralli sani sono una partnership tra animali corallini e simbionti algali che vivono all'interno dei loro tessuti. Credito:© E. Rivest/VIMS.
Con grande sorpresa dei ricercatori, hanno scoperto che lo stress altera l'espressione genica in modo più evidente nelle alghe. Dice Rivest, "Abbiamo visto più differenze nell'espressione genica nel simbionte che nel corallo, che è stato davvero interessante, perché penso che le persone presumano che il corallo, poiché è l'animale ed è più grande, sarebbe quello che ha il controllo e che più probabilmente cambierà." I ricercatori hanno scoperto che 89 geni erano espressi in modo differenziale nelle cellule algali, mentre solo 17 sono stati espressi in modo differenziale nel corallo.
Una svolta tecnica
Precedenti studi sullo sbiancamento dei coralli sono stati ostacolati dalle difficoltà tecniche di stabilire se i frammenti genetici utilizzati per misurare i cambiamenti nell'espressione genica provenissero dall'animale corallo o dal suo simbionte algale. Il team di Rivest ha superato questa sfida confrontando i frammenti osservati con quelli nelle librerie genetiche recentemente sviluppate per ciascun gruppo di organismi.
"Possiamo usare queste nuove risorse bioinformatiche per dire 'OK, trova la corrispondenza, '", dice Rivest. "È davvero eccitante, soprattutto per i coralli, che sono animali difficili con cui lavorare in termini di generazione di dati di sequenza. Fino a poco tempo fa, semplicemente non avevamo biblioteche genetiche abbastanza buone per svolgere questo tipo di lavoro in modo efficiente".
Anche gli studi precedenti si sono concentrati principalmente sui coralli adulti. Guardando invece le larve e i loro partner algali, Il team di Rivest ha contribuito a illuminare una fase importante e vulnerabile del ciclo di vita di un corallo.
"I nostri risultati, "dice Rivest, "dimostra che le alghe svolgono un ruolo più importante di quanto pensassimo in precedenza, anche durante questa fase molto precoce e critica della storia della vita. Se non hai successo nella fase larvale non avrai nuovi coralli adulti sulla barriera corallina. In termini di barriere coralline persistenti nel futuro, il successo di questa prima fase è fondamentale".
Il team di ricerca ha tenuto le larve di corallo in contenitori di plastica galleggianti durante i loro esperimenti. La vasca di fondo contiene dei noccioli di corallo utilizzati in un diverso trattamento sperimentale. Credito:© Emily Rivest/VIMS.
Un preavviso?
La scoperta a sorpresa del team ha importanti implicazioni per la comprensione, monitoraggio, e proteggere le barriere coralline minacciate dallo sbiancamento.
"Quando cerchiamo lo sbiancamento, misuriamo spesso il colore del corallo, che riflette il numero di simbionti che ci sono, " dice Rivest. I simbionti algali contengono pigmenti fotosintetici che danno il colore ai tessuti dei coralli altrimenti quasi trasparenti. Quando i coralli sono stressati e perdono le loro alghe, ciò che diventa visibile è il loro sottostante, scheletro tipicamente biancastro, dando loro un aspetto sbiancato.
"Ma, "dice Rivest, "il nostro studio suggerisce che anche se non hai un corallo sbiancato, il rapporto tra il simbionte e il corallo potrebbe essere davvero diverso. Quindi è importante andare oltre il numero di simbionti presenti:dobbiamo davvero capire come sta cambiando questa relazione, e ben prima che i simbionti se ne vadano."
"Se potessimo prevedere quando si verificherà lo sbiancamento, " lei dice, "potremmo forse cercare di salvare queste scogliere, ombreggiarle, trapiantare coralli selezionati, qualunque cosa potrebbe funzionare per impedire che si verifichino questi enormi eventi. Quindi dobbiamo sapere quali sono i segnali di allarme. Se potessi identificare una particolare firma di espressione genica, o un'attività elevata o una particolare proteina, allora sapresti cosa misurare e cercare in modo efficiente."
Rivest riconosce che l'unico modo veramente realistico per ridurre lo sbiancamento dei coralli è limitare le attività umane che portano al riscaldamento degli oceani. Ma pensa che anche un sistema di allerta precoce potrebbe svolgere un ruolo nella risposta della società.
"La migliore soluzione per lo sbiancamento dei coralli è affrontare la tendenza al riscaldamento globale dell'oceano, " dice. "Un sistema di allerta precoce non può impedire che questi eventi accadano, ma potrebbe aiutarci a mitigare le perdite e aiutare le barriere coralline a persistere in una forma o nell'altra nel futuro".
