Mi rejlik a korallfehéredés mögött?

A korallfehéredés az elmúlt évtizedekben egyre nagyobb mértékben és egyre több helyszínen észlelhető, de annak ellenére, hogy maga a jelenség igen nagy visszhangot vált ki mind a laikusok, mind a szakemberek körében, a mögöttes molekuláris- vagy sejtszintű okokról keveset tudtunk.

Az Amerikai Tudományos Akadémia folyóirata, a PNAS foglalta össze az ismereteket a korallfehéredés jelenségéről. Amit biztosan tudunk: a fehéredés lényege, hogy felbomlik a korallpolipok és a bennük élő fotoszintetizáló algák közti érzékeny egyensúlyon alapuló szimbiózis. Milyen elméletek vannak ennek jelenlegi okairól?

Egy új kutatás azt sugallja, hogy nemcsak a szimbiózis felbomlásával, hanem közvetlen károkozással is a „gazdák” ellen fordulhatnak az algák. David Baker, a Hong Kong-i Egyetem kutatója elmondta: „A korallokban élő szimbionta algákra jóindulatú lényekként tekintünk, amelyek önzetlen módon táplálják a korallt. A kapcsolatuk azonban távolról sem ennyire egyszerű.”
Apránként, sok részletből kezd azonban összeállni a kép a korallfehéredés mögöttes okairól.

Korábbi kutatások azt sugallták, hogy az algák fotoszintézist végző mechanizmusa sérül a hőhullámok hatására, ennek okán olyan erős reakcióképességű, sejtszinten káros anyagok termelődnek, mint az oxigén eredetű szabad gyökök, vagy a hidrogén-peroxid, s az erre adott stresszválasz miatt következik be a pusztulás, s lökődik ki a korall az algája. Újabb kutatások azonban magát a szimbiózist kérdőjelezik meg: az algák a korallpolipokkal csak akkor osztozkodnak a termelt tápanyagokon, ha a körülmények ideálisak, az ettől eltérő esetekben parazitaként viselkednek. Christian Voolstra, a Konstanzi Egyetem kutatója megjegyezte: „Amikor egy sejt egy másikba beköltözik, az esetek legnagyobb részében parazitaként teszi ezt.” A korallok és algáik azonban ellentmondtak ennek a jelenségnek, így az elmúlt években a tudósok egyre kritikusabb szemmel figyelik e szimbionta kapcsolatot, különösen az algák viselkedését. 2009-ben merült fel először, hogy a víz melegedése hatására az algák csak elvonják a korallpolipok kínálta anyagokat, de nem adnak értük semmit cserébe. 2018-ban ezt az elméletet kísérletileg is igazolta David Baker és csapata. A kutatók nyomjelző izotópokkal követték a tápanyagok útját a korall és az alga közt, s ebből kiderült, hogy az algák kiválóan működtek meleg vízben is, azonban nem voltak hajlandóak osztozkodni a korallokkal. A melegebb vízből sokkal több tápanyagot vettek fel az algák, viszont ezeket nem adták át a korallnak – így a korall nem tudta követni az anyagcseréjével az algák felgyorsult életműködését.

A korallpolipocskán a barnás „pöttyök” szimbionta algák.

Forrás: PNAS / Katarina Damjanovic (Australian Institute of Marine Science, Townsville, Australia).

A korall-alga viszonyrendszert a tápanyagok rendelkezésre álló mennyisége korlátozza. A korallpolipok általában felhalmozzák maguknak a nitrogént, s csak egy keveset juttatnak belőle az algáiknak, emiatt az alga a fotoszintézise során termelt cukroknak csak egy részét tudja a saját céljaira felhasználni. Az így „feleslegessé” vált cukrokat kiürítik, s ezek táplálják a korallpolipokat. Ez a viszony távolról sem az önzetlen osztozkodás mintája. A víz melegedésével a benne élő nitrogénkötő baktériumok aktívabbá válnak, így az algák számára több nitrogén keletkezik, amelyhez a korall segítsége nélkül is hozzáfér, ennek köszönhetően fel tudja használni a fotoszintézise során termelt cukrokat is. Christian Voolstra előzetes laborvizsgálatai alapján úgy tűnik, hogy az alga ilyen helyzetben egyszerűen visszafoghatja a cukor átadását, mivel maguknak is több energiára van szükségük a meleg vízben.

Egyes elképzelések szerint az alga rákényszeríti a korallt, hogy felélje saját széntartalékait, nem ad az algának szenet, így az alga kénytelen átállni a szén alapú fotoszintézisről az oxigén alapúra, ezzel pedig megindul a korall sejtjei számára mérgező oxigén eredetű szabad gyökök kibocsátása. Más elképzelések szerint az oxigén eredetű szabad gyökök a hőstresszválasz részeként alakul ki. Elképzelhető az is, hogy ezek a felborult táplálékegyensúly eredményei, ám, hogy teljes legyen az egyet nem értés, olyan elképzelések is vannak, amelyek szerint a szabad gyököknek egyáltalán nincs közük a korallfehéredéshez…

Korallpeték CRISPR/Cas9 módszerű génszerkesztése abból a célból, hogy a korallok génjeinek működését feltárják.

Forrás: PNAS/ Lorna Mitchison-Field and Amanda Tinoco (Stanford University, Stanford, CA).

A kérdés az, hogy hol következik be a váltás a szimbionta viselkedés és az önző viselkedés között?
A legújabb kutatásokban azt találták a korallok rokonai közé tartozó tengerirózsáknál, hogy 292 génjük kifejeződése annál a hőmérsékleti határnál változik meg, amely a korallfehéredéshez is elvezet. E gének közt igen fontos cukoranyagcsere-szabályozók is voltak, s ez alapján úgy vélik, a korall-alga szimbiózis „titka” a cukoranyagcserében rejlik. Sinicsiro Marujama, a Tohoku Egyetem evolúciós biológusa szerint ez állhat magának a korallfehéredésnek is a hátterében. Bár nem ez volt az első olyan vizsgálat, amelyben a hőérzékeny génkifejeződést keresték, más – a hőtűrésben fontos szerepet játszó – géneket is találtak, viszont itt az anyagcserében központi szerepet játszók érzékenységet találták meg.

Madeleine van Oppen, a Melbourne-i Egyetem korallgenetikusa úgy véli, ha megismerjük, melyek a korallfehéredés mögött álló legfontosabb gének, akkor tenni is tudunk majd a hatásuk ellen úgy, hogy génszerkesztéssel egyszerűen feljavítjuk a koralljainkat. Persze a génekkel való manipulációnak sok ellenzője van, azonban az, hogy végszükség esetére kifejlesztjük a lehetséges megoldást e módszerrel, még nem azt jelenti, hogy azonnal génmódosított korallokat fogunk a zátonyokra helyezni, bár ez lenne a könnyebbik út.