Ученые впервые в мире криоконсервируют и оживляют фрагменты кораллов


Фото из открытых источников
Впервые в истории исследователям удалось криоконсервировать и оживить кусочки взрослых кораллов — прорыв, который в конечном итоге может помочь спасти рифы, борющиеся с последствиями изменения климата. Результаты работы исследователей были опубликованы в журнале Nature Communications.
 
Используя антифриз и жидкий азот, ученые заморозили фрагменты кораллов в стекловидном состоянии, затем разморозили и вернули их в морскую воду. В течение 24 часов после оживления кораллы потребляли кислород со скоростью, сравнимой с кораллами, которые никогда не подвергались криоконсервации.
 
Этот новый метод однажды сможет сохранять другие организмы, даже человеческие органы, на десятилетия, говорит морской биолог Мэри Хагедорн, научный сотрудник Смитсоновского национального института биологии зоопарков и природоохранной деятельности и соавтор исследования. Этот прорыв произошел в критический момент для коралловых рифов, которые сталкиваются с возросшей угрозой со стороны потепления океанов.
 
«Коралловые рифы имеют важное значение для здоровья наших океанов, и криосохранение находящихся под угрозой исчезновения видов кораллов может помочь гарантировать, что эти бесценные и чудесные организмы не вымрут», — сказал Мэтью Пауэлл-Палм из Техасского университета.
 
Новый процесс криоконсервации разрабатывался годами. Хагедорн и ее коллеги ранее стали пионерами в области криоконсервации «спермы кораллов», используя методы, аналогичные тем, которые используются в банках спермы человека.
 
Но хотя сперму, которая является одноклеточной, обычно легче заморозить, чем более сложный взрослый коралл, собрать ее может быть невероятно сложно. Кораллы часто обитают в отдаленных и труднодоступных местах морского дна и обычно выделяют свою «сперму» только несколько дней в году, оставляя исследователям узкое окно для действий. 
 
Кораллы чрезвычайно чувствительны к изменениям температуры. Если станет слишком жарко, они вытеснят водоросли, живущие в их тканях, и полностью побелеют. Этот процесс, известный как обесцвечивание кораллов, подвергает организмы стрессу и делает их более восприимчивыми к смерти и болезням.
 
Изменение климата, чрезмерный вылов рыбы и загрязнение окружающей среды уже привели к исчезновению половины коралловых рифов планеты с 1950 года. Всего за одно десятилетие, с 2009 по 2009 год, Земля потеряла 14 процентов своих рифов — площадь, превышающую площадь всех кораллов, живущих сейчас в Австралии. 2018. Исследователи предсказывают, что кризис будет только ухудшаться.
 
Ученые заявляют, что коралловые рифы в мире сократятся на 70–90 процентов при потеплении на 1,5 градуса Цельсия по сравнению с доиндустриальным уровнем. В настоящее время, по прогнозам, планета достигнет этого порога между 2030 и 2052 годами, если температура продолжит расти такими же темпами. А если температура воздуха повысится на 2 градуса Цельсия, количество рифов сократится на 99 процентов.
 
В этом году температура достигла исторического максимума. Июль 2023 года был самым жарким за всю историю наблюдений, а высокая температура морской воды во Флориде привела к массовой гибели и обесцвечиванию кораллов. По словам Хагедорн, поскольку океан продолжает нагреваться, обесцвечивание станет более постоянным. 
 
Поскольку давление окружающей среды на рифы растет, исследователям потребовалась стратегия криоконсервации, которая была бы более эффективной, чем сосредоточение внимания на сперме.
 
«Мы чувствовали, что нам нужно действовать быстрее», — говорит Хагедорн. «Мы движемся слишком медленно. … Важно, чтобы мы получили генетическое разнообразие и биоразнообразие, пока оно еще существует».
 
Итак, в 2019 году Хагедорн и ее коллеги, в том числе исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Техасского университета A&M, начали работу по криоконсервации и возрождению целых кусков пальчикового коралла (Porites compressa) с Гавайев. Используя свой новый процесс, называемый изохорной витрификацией, они сохранили фрагменты кораллов, каждый из которых состоит примерно из 20 отдельных полипов внутри скелета из карбоната кальция. Это одни из самых сложных организмов, которые можно успешно криоконсервировать и разморозить.
 
По словам Хагедорна, этот процесс относительно прост. Сначала исследователи находят здоровый взрослый коралл и отрезают тонко нарезанный кусок размером с человеческий ноготь. Они отбеливают коралл и помещают фрагмент в небольшой алюминиевый цилиндр, наполненный раствором антифриза. Хотя цель состоит в том, чтобы заморозить кусок коралла, команда должна избегать образования льда, который может повредить ткани животного. Наконец, цилиндр погружают в жидкий азот и охлаждают почти до минус 321 градуса по Фаренгейту (-160 градусов Цельсия), в результате чего коралл быстро замерзает. 
 
Чтобы оживить коралл, ученые помещают цилиндр на две минуты в теплую водяную баню, затем извлекают фрагмент коралла и помещают его обратно в морскую воду. 
 
«Это концептуально сложно из-за термодинамики», — говорит Хагедорн. «Но сам процесс действительно очень прост». 
 
Простота была частью цели команды; им нужен был процесс, который мог бы быть быстрым и экономичным для менеджеров коралловых рифов, чтобы его можно было использовать в полевых условиях по всему миру. Национальный зоопарк и институт природоохранной биологии Смитсоновского института участвует в Альянсе коралловых биобанков, сети профессионалов, работающих над сохранением биоразнообразия кораллов. На данный момент глобальная команда собрала сперматозоиды 50 видов кораллов и живые образцы 200 видов. В конце концов, Хагедорн надеется создать «армию людей», обученную собирать и сохранять кораллы, а альянс биобанков хочет сохранить генетический материал всех известных видов кораллов к концу десятилетия.  
 
В новом исследовании команда проверяла выживаемость коралла только в течение 24 часов после его возрождения, но Хагедорн говорит, что сейчас они работают над усовершенствованием некоторых своих процессов, чтобы обеспечить выживание до трех недель. В дальнейшем, по ее прогнозам, эту технику можно будет адаптировать для сохранения человеческих органов, таких как яичники, яички, эмбриональные почки и сердце.
 
«Я думаю, что у него будет удивительная траектория с точки зрения создания… большего количества целых частей организмов», — говорит она. «Это очень, очень крутая технология, и это волна будущего».