Ученым удалось искусственно воспроизвести структуру живого коралла, использующего водоросли-симбионты. Эта технология позволит как исследовать жизнь и развитие кораллов в лаборатории, так и использовать их эффективную схему фотосинтеза для промышленного производства биомассы. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
Животные класса коралловых полипов могут быть очень разными, но наибольшую известность приобрели те виды, которые используют известковый скелет и образуют рифы. В основном, у таких видов кораллов на общем для всей колонии скелете в углублениях располагаются отдельные особи, связанные живой мембраной, подобной коже. Многие из этих видов населены симбиотическими микроводорослями, которые производят питательные вещества для хозяина в обмен на защиту и помощь в фотосинтезе.
Даниэль Ванпрезер (Daniel Wangpraseurt) из Кембриджского университета и его коллеги решили искусственно произвести живую структуру, подобную кораллам. В первую очередь, ученых заинтересовала их способность управлять светом. Известковый скелет кораллов полупрозрачен и имеет такую форму, которая рассеивает и переотражает свет, распределяя его по всей глубине колонии. В результате увеличивается количество доступной водорослям солнечной энергии, что позволяет достигать большей плотности клеток.
За образец были взяты кораллы семейства Pocilloporidae, населяемые водорослями Symbiodinium. При помощи 3D-печати из подходящего по оптическим свойства пластика сначала изготовили скелет, копирующий природный.
Затем на этот скелет также при помощи принтера нанесли имитатор полипов — смесь из желеобразного геля и целлюлозных кристаллов, в которой были замешаны водоросли. Получившиеся искусственные полипы по форме походили на живые — цилиндр длиной один миллиметр и толщиной в двести микрон, окруженный венчиком щупалец. Такая форма позволяет избегать самозатенения, от которого страдают обычные водоросли, да и наземные растения.
В результате количество солнечного излучения, получаемого водорослями в толще материала на глубине 700 микрон, увеличилось в полтора раза по сравнению с обычной плоской структурой. Вдобавок, плотность клеток водорослей при подобной культивации выросла до 8×108 единиц на микролитр, что на порядок больше, чем при выращивании Symbiodinium в пробирке.
Авторы видят этому изобретению два применения. Во-первых, при помощи бионического коралла можно проводить лабораторные моделирования развития настоящих кораллов, поскольку изучение Symbiodinium имеет ключевое значение для понимания всей экосистемы рифов. Во-вторых, в перспективе эту технологию можно адаптировать для промышленного производства биомассы, из которой можно изготавливать, например, спирт и биодизель.
Из-за глобального изменения климата коралловые рифы находятся под угрозой вымирания, в том числе из-за обесцвечивания. К счастью, в некоторых ситуациях кораллы могут «оживать» обратно.
Василий Зайцев