На пръв поглед коралите изглеждат като цветни скали по морското дъно. В действителност обаче те са сложни живи организми, които образуват колонии и, както всички животни, се нуждаят от кислород.

Нови изследвания показват, че микроскопични реснички по повърхността им имат по-важна роля за оцеляването, отколкото учените са предполагали досега.

През деня коралите получават кислород чрез водораслите, които живеят в тъканите им и извършват фотосинтеза. През нощта този източник изчезва и те трябва да си набавят кислород директно от морската вода. Тогава микроскопичните реснички по повърхността им започват да раздвижват водата около корала, за да достига повече кислород до тъканите му. Същото движение помага и за отстраняването на натрупани частици и утайки.

Ново изследване, публикувано през май тази година в списание Science, показва как този механизъм се променя при повишаване на температурата на водата. По-топлата вода съдържа по-малко кислород и кара ресничките да се движат по-бързо. След определен момент обаче системата започва да работи срещу самите корали: движението на ресничките изисква повече енергия, а наличният кислород вече не е достатъчен, за да компенсира нарасналото търсене.

Това променя начина, по който учените гледат на здравето на кораловите рифове. Дълго време основният фокус е върху симбиотичните водорасли и процеса на избелване, но новите данни подсказват, че поведението на ресничките може да бъде по-пряк индикатор за стрес.

Морският биолог Рейчъл Алдердайс от Университета в Констанц, която не участва в проучването, отбелязва пред WIRED, че подобни детайли могат да помогнат да се обясни защо някои корали избелват, а други, разположени непосредствено до тях, не.

Коралите не са толкова пасивни, колкото изглеждат

До 2014 г. учените смятат, че коралите разчитат основно на пасивна дифузия, за да получават кислород и хранителни вещества през тънкия слой вода около повърхността си.

Това разбиране се променя след изследване на екип от Масачузетския технологичен институт и Научния институт „Вайцман“. Учените установяват, че ресничките по повърхността на коралите не просто отстраняват слуз и частици, както се е смятало дотогава. Те активно раздвижват водата около корала и така помагат до тъканите му да достига повече кислород.

Откритието е от сериозно значение, защото естествената дифузия е прекалено бавна. Според данните, цитирани от WIRED, на кислорода може да са необходими до четири минути, за да измине едва 1 милиметър във вода. В същото време водният поток се забавя непосредствено до кораловата повърхност, а самите корали консумират кислород по-бързо, отколкото пасивната дифузия може да им го достави.

Точно затова движението на ресничките се оказва толкова важно за метаболизма и оцеляването на коралите. Проблемът е, че този механизъм има предел.

Нова програма превръща туристите в изследователи със специална мисия за спасяване на океана

Как жегата обръща системата срещу коралите?

Учените отдавна знаят, че прекалено топлата вода води до избелване. При топлинен стрес симбиотичните водорасли отделят вещества, които във високи концентрации са токсични за корала. За да се предпази, той ги изхвърля от тъканите си, но така губи основен източник на храна, енергия и кислород и в крайна сметка избледнява.

Картината обаче не е еднаква навсякъде, тъй като някои корали избелват, други не, а понякога отделни организми умират от топлинен стрес, без да са изхвърлили водораслите си. Това насочва учените към въпроса дали липсата на кислород не е самостоятелен и подценяван риск.

За да проверят това, изследователите провеждат серия от 24-часови експерименти с корала Porites lutea. Те постепенно повишават температурата на водата до 39 градуса по Целзий и държат аквариумите на тъмно, за да изолират ролята на ресничките при транспортирането на кислород без ефекта от фотосинтезата.

С помощта на високоскоростна камера и технология, наречена SensPIV, екипът проследява както движението на ресничките, така и потока на кислород. Флуоресцентни наночастици, реагиращи на кислород, позволяват на учените да визуализират как движението на водата пренася кислород към кораловата тъкан.

Резултатите показват, че при по-висока температура коралите изразходват повече енергия и нуждата им от кислород нараства. Ресничките ускоряват движението си, но разтвореният във водата кислород вече не е достатъчен, за да компенсира повишеното потребление. В един момент към тъканите започва да достига вода с все по-ниско съдържание на кислород.

Когато температурата се доближава до 37 градуса по Целзий, движението на ресничките започва да се забавя. Над 39 градуса те спират напълно и коралът умира. Изследователите предупреждават, че тези стойности не трябва да се възприемат като универсален праг за всички корали, тъй като различните видове са адаптирани към различни температурни диапазони.

От консерва с котешка храна до екологична кауза: Как Sheba възстановява кораловите рифове

Климатичните промени приближават коралите до физиологичните им граници

Авторите на изследването подчертават, че екстремните температурни сценарии стават все по-реалистични с увеличаването на морските горещи вълни. Според съавтора Сесар Пачерес от Университета в Копенхаген коралите могат да бъдат изложени на повишение на температурата с няколко градуса само в рамките на няколко часа.

В някои райони, включително край Флорида, температурата на повърхностните води вече се доближава до 38 градуса по Целзий. Това не означава автоматично, че всички корали ще преминат критична граница, но показва колко близо някои популации могат да бъдат до физиологичните си лимити.

Учените все още не знаят точно защо ресничките се движат по-бързо при по-топла вода. Една от възможностите е по-ниският вискозитет на водата при висока температура. Друга е коралът да усеща топлината или недостига на кислород чрез нервната си мрежа и да задейства биологичен механизъм, който ускорява движението им.

По-ново изследване на същия научен екип показва, че движенията на ресничките създават спираловидни потоци във водата. Те не само отдалечават нежелани частици от кораловата повърхност, но и насочват хранителни вещества към устата на полипите.

Учените установяват, че ресничките върху всеки полип са организирани в шестоъгълни структури, които координират движението им и позволяват създаването на предвидими водни потоци. Според Пачерес това показва, че скелетната структура на корала и живата му тъкан функционират като интегрирана система.

Тези открития променят представата за коралите като пасивни организми. Вместо просто да понасят условията около себе си, те активно влияят върху микросредата си и използват сложни физиологични механизми, за да регулират достъпа до кислород и хранителни вещества.

„Като горски пожари под вода“: Най-тихото лято в историята на Големия бариерен риф

Кислородът може да се окаже липсващата част от пъзела

Връзката между движението на ресничките и избелването все още не е напълно изяснена. Изследователите искат да тестват корали и при други условия, включително при нормални цикли на светлина и тъмнина, за да разберат по-добре какво задейства движението на ресничките.

Новите данни насочват вниманието към процес, който дълго време е оставал на заден план: обезкислородяването на океана.

Според морския биолог Дейвид Съгет от Университета за наука и технологии „Крал Абдула“ едва през последното десетилетие учените започват да осъзнават колко важна е ролята на недостига на кислород за здравето на коралите. В началото на века основното внимание е насочено към подкиселяването на океаните, но според него обезкислородяването може да се окаже много по-съществен проблем.

Нови изследвания показват, че неравномерното избелване в рамките на един и същ риф често съвпада с райони с по-слаб воден поток и по-ниска наличност на кислород. Това засилва хипотезата, че кислородният дефицит може да обясни защо някои корали загиват, докато съседните им оцеляват.

Изводът от новите изследвания е, че климатичният риск за коралите не се изчерпва с избелването. По-топлите океани стресират симбиотичните водорасли, намаляват количеството кислород във водата и могат да претоварят механизмите, чрез които коралите се снабдяват с него.

Това означава, че една от ключовите заплахи за бъдещето на кораловите рифове може да се крие не само в това колко топла става водата, но и в това колко малко кислород остава в нея.