Микроскопические водоросли, известные как динофлагелляты, были поглощены клетками каменистого коралла Acropora tenuis, сообщили ученые в журнале Frontiers in Marine Science.
«Динофлагелляты имеют решающее значение для сохранения здоровья и жизни кораллов», – сказал профессор Нориюки Сато, старший автор исследования и руководитель отдела морской геномики в Окинавском институте науки и технологий. "Клетки кораллов поглощают водоросли и предоставляют им убежище и строительные блоки для фотосинтеза. В свою очередь, водоросли обеспечивают кораллы питательными веществами, которые они синтезируют."
Однако в последние десятилетия эти важные отношения оказались под угрозой.
Под воздействием загрязнения, подкисления и повышения температуры океана стрессовые клетки кораллов вытесняют микроскопические и красочные водоросли в ходе массового обесцвечивания, в результате чего образуются огромные массивы мертвых белых рифов.
Каменные кораллы из семейства Acroporidae – наиболее распространенный тип кораллов, встречающихся на тропических и субтропических рифах – особенно подвержены этим явлениям обесцвечивания. Эти быстрорастущие кораллы образуют скелет из карбоната кальция и поэтому играют ключевую роль в строительстве коралловых рифов.
«Для сохранения коралловых рифов нам жизненно важно полностью понимать партнерство между каменистыми кораллами и водорослями, которые живут внутри этих животных, на уровне одной клетки», – объяснил со-первый профессор Каз Кавамура из Университета Кочи. "Но до недавнего времени этого было очень трудно добиться."
Клетки кораллов, как известно, трудно культивировать, поэтому ранее ученым приходилось полагаться на экспериментальные системы других близкородственных морских существ, таких как морские анемоны, чтобы изучить механизм того, как динофлагелляты входят в клетки и покидают их.
Только в апреле 2021 года исследовательская группа сделала большой шаг вперед, сообщив в Marine Biotechnology, что они успешно культивировали различные клеточные линии личинок каменистого коралла Acropora tenuis в чашках Петри.
Для этого исследования ученые сосредоточились на одной линии клеток кораллов под названием IVB5. Многие из клеток этой линии имеют свойства, сходные с энтодермальными клетками, с точки зрения их формы, поведения и активности генов.
Важно отметить, что у целых коралловых организмов именно энтодермальные клетки поглощают водоросли.
Ученые добавили динофлагеллату Breviolum minutum в чашку Петри, содержащую клетки коралла IVB5.
Около 40% клеток кораллов в культуре быстро образовывали длинные пальцеобразные выступы, которые доходили до контакта с динофлагеллятами.
Затем водоросли были «проглочены», что заняло около 30 минут.
"Это было потрясающе – это был почти сон!"сказал проф. Сато.
В течение следующих нескольких дней водоросли внутри клетки были либо разбиты на фрагменты, либо успешно заключены в мембранные мешочки, называемые вакуолями внутри клеток.
Для исследователей это намекает на то, как отношения, возможно, начались тысячелетия назад.
"Возможно, изначально предки кораллов поглотили эти водоросли и использовали их в пищу. Но со временем они эволюционировали и стали использовать водоросли для фотосинтеза ", – соавтор исследования, доктор.
Сатоко Секида из Университета Кочи предложила.
Теперь исследователи используют электронные микроскопы, чтобы получить более подробные изображения того, как коралловые клетки поглощают динофлагелляты. Они также работают над генетическими экспериментами, чтобы определить, какие гены кораллов задействованы.
На этом этапе клетки коралла, содержащие водоросли, живут около месяца, прежде чем погибнут.
В ближайшем будущем команда надеется достичь стабильной культуры, в которой коралловые клетки и динофлагелляты могут воспроизводиться вместе.
«Это было бы очень интересно, так как тогда мы сможем задать новые вопросы, например, как кораллы реагируют на стресс», – сказал проф. Сато. "Это могло бы дать нам более полное представление о том, как происходит обесцвечивание, и как мы можем смягчить его."