Koraller förkalkar djur och är huvudarkitekterna för det mest mångsidiga marina ekosystemet, korallreven. Koralldjuret hyser små mikroalger som symbionter i sin vävnad, där de fixerar koldioxid via fotosyntes och förser djurvärden med organiskt kol för andningen. I tur och ordning, mikroalgerna får skydd och näring i korallvävnaden, som sträcker sig över ett komplext kalciumkarbonatskelett avsatt av djurvärden.

Korallvärden vidtar flera åtgärder för att optimera ljusskörd av sina symbionter, samtidigt som man undviker överdriven ljusexponering. Detta inkluderar vävnadskontraktion och avslappning samt syntes av korallvärdpigment, inklusive ljust fluorescerande proteinkomplex som liknar de välkända gröna fluorescerande proteinerna som ofta används som cellmarkörer inom biovetenskapen.

Direkt observation av levande koraller är inte lätt och har förlitat sig på ljusfältsavbildning och epifluorescensmikroskopi med begränsat djup och ytupplösning på grund av den ogenomskinliga korallvävnaden, som består av olika cellskikt, samt diffus backscatter från det underliggande korallskelettet. Användningen av synligt ljus för sådana observationer kan också påverka korallerna, t.ex. genom att stimulera fotosyntesen eller genom exponering för potentiellt skadligt UV och blått ljus.

Ett internationellt team av forskare under ledning av professor Michael Kühl vid institutionen för biologi, Köpenhamns universitet har nu överträffat sådana begränsningar när man observerar vävnadsorganisationen hos levande koraller med hjälp av optisk koherens -tomografi.

Michael Kühl förklarar, "OCT är en optisk ultraljudsliknande teknik som t.ex. används av läkare för att övervaka vävnadsskador i ögat. Den innebär användning av icke-aktinisk nära-infraröd strålning som tränger djupare in i vävnaden än synligt ljus och kan avslöja mikroskopiska strukturer med olika reflekterande egenskaper. Vi använde ett OCT-system som möjliggjorde snabb 3D-skanning av ett område på 1-2 cm2 ner till ett vävnads-/skelettdjup på 1-3 mm vid en rumslig upplösning på några μm. Detta möjliggjorde fascinerande insikter om det inre och yttre vävnadsorganisation över skelettet av levande koraller."

Det var möjligt att identifiera olika vävnadslager och kvantifiera deras plasticitet vid förändringar i ljusexponering på levande koraller. Koraller drog snabbt ihop sin vävnad under hög ljusstress, vilket gör den mer reflekterande och skyddar därmed deras symbionter mot överflödigt ljus. ULT möjliggjorde också kvantifiering av fluorescerande värdpigment organiserade i granulat som också gjorde vävnaden mer reflekterande, särskilt efter kontraktion.

I mörkret, koraller expanderar sina vävnader för att få bättre tillgång till syre, och OCT visade att korallers vävnadsyta kan fördubblas på natten. Ytan på koraller som utsätts för havsvatten och infallande ljus är således mycket dynamisk, och ULT kan nu kvantifiera sådana förändringar. Detta kan ha viktiga konsekvenser för mätningarna av korallernas metaboliska hastigheter, som typiskt är normaliserade till korallskelettets yta efter att vävnaden har avlägsnats - förutsatt att sådana areamätningar är representativa för korallvävnadens yta. Resultaten från ULT indikerar att detta antagande behöver revideras.

Det var också möjligt att övervaka produktionen av korallslem på vävnadsytan, som är en viktig komponent i koralllivet eftersom slem hyser nyttiga mikroorganismer och även fångar partiklar för matning eller självrengörande ändamål. Förbättrad slemproduktion är också ett tecken på stressade koraller, t.ex. vid början av korallblekning. Vidare, koraller kan expandera speciella defensiva vävnadsstrukturer såsom mesenterialtrådar vid mekanisk påfrestning, och OCT skulle också kunna visualisera sådana dynamiska svar.

Michael Kühl sammanfattar:"OCT är en kraftfull teknik för att studera den dynamiska strukturen hos levande koraller och deras beteenderespons på miljöstress. Den möjliggör nu många nya tillämpningar inom korallvetenskap såväl som inom andra områden av marinbiologi. Vår studie illustrerar också betydelsen av tvärvetenskapliga tillvägagångssätt inom vetenskapen. Vem skulle ha trott att en teknik som används i ögonkliniken skulle vara användbar för korallforskning?"