Тепловой стресс cнизил устойчивость кораллов к подкислению морской воды

Ученые выяснили, что в условиях совместного воздействия термического стресса и подкисления морской воды кораллы оказываются не в состоянии поддерживать оптимальный pH кальцифицирующей жидкости: она становится кислой и разъедает скелет. При оптимальной же температуре воды кораллы выдерживают снижение pH окружающей среды, потому что их симбиотические водоросли выживают и обеспечивают энергию для протонной перекачки в кальцифицирующую жидкость. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Коралловые рифы — важнейшие для биоразнообразия высокопродуктивные экосистемы океана. Уже несколько десятилетий они подвергаются значительному антропогенному воздействию, что приводит к их обесцвечиванию и вымиранию. Известно, что наибольший ущерб кораллам приносит совместное воздействие подкисления воды (которое происходит за счет роста концентрации углекислого газа в воздухе и его последующего растворения в воде) и повышения ее температуры, но механизмы, которые отличают такое воздействие от влияния этих факторов по отдельности, пока не изучены.

Ученые под руководством Максенса Гильермика (Maxence Guillermic) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе исследовали влияние теплового стресса и повышенных концентраций углекислого газа на способность кораллов отстраивать свой скелет. Для этого они выращивали тропические кораллы Pocillopora damicornis и Stylophora pistillata в контролируемых условиях: при температуре 28 градусов Цельсия и концентрации CO₂ 462 ppm (частей на миллион), 28 градусов Цельсия и 931 ppm, 28 градусов Цельсия и 2884 ppm, 31 градус Цельсия и 483 ppm, 31 градус Цельсия и 908 ppm, 31 градус Цельсия и 3303 ppm.

В ходе эксперимента ученые анализировали соотношение изотопов бора (δ11B), а также соотношение бора и кальция в скелетах кораллов. В основу такого подхода взята химия арагонита — минерала, из которого сложен скелет коралла. Он состоит из карбоната кальция с небольшой примесью бора и становится менее прочным с подкислением морской воды, потому что в таких условиях сложно поддерживать оптимальный pH кальцифицирующей жидкости (это внеклеточная жидкость между основанием каликобластической ткани и скелетом коралла).

Оказалось, что в условиях оптимальной температуры (28 градусов Цельсия) оба вида кораллов были достаточно устойчивыми к снижению pH морской воды: несмотря на рост концентрации карбонат-ионов pH их кальцифицирующей жидкости оставался стабильным, и скелет продолжал восстанавливаться. Однако в условиях температурного стресса (температура 31 градус Цельсия) pH кальцифицирующей жидкости снижался, и она начинала растворять скелет. 

Авторы отметили, что их эксперимент стал первым свидетельством влияния температуры морской воды на химический состав кальцифицирующей жидкости внутри коралла. Они объяснили устойчивость кораллов к подкислению морской воды в условиях оптимальной температуры выживанием симбиотических водорослей: они обеспечивают кораллу энергию, необходимую для протонной перекачки и поддержания pH кальцифицирующей жидкости. С ростом температуры они погибают, и кальцифицирующая жидкость подкисляется, разрушая скелет.

Впрочем, эта проблему проблему можно решить в будущем: в прошлом году ученые вывели новый штамм термофильных динофлагеллят Cladocopium goreaui, который оказался устойчивым в аномально теплой воде. Эксперимент с подсаживанием модифицированных водорослей к личинкам коралловых полипов показал, что они потенциально способны уберечь коралловые рифы от обесцвечивания.

Марина Попова