Stanford marinbiologer har upptäckt att koraller aktiverar en specifik grupp av forntida, defensiva gener när de utsätts för stressiga miljöförhållanden. Dessa stressinducerade gener kan fungera som ett slags varningstecken för korallblekning.

I studien, forskare övervakade tre korallkolonier i en lagun på Ofu Island, Amerikanska Samoa, för deras reaktion på stressfaktorer som höga temperaturer, syre, och havets surhet. På de hetaste dagarna, forskarna såg en betydande förändring i vilka gener korallerna aktiverade i sina celler.

"De började använda en hel uppsättning gener som de bara inte hade använt tidigare, "sa Steve Palumbi, professor i marinvetenskap, chef för Hopkins Marine Station, och en författare till artikeln som beskriver studien, nyligen publicerad i Vetenskapliga framsteg .

En ögonblicksbild av korallhälsan

2016, Stora barriärrevet såg den värsta korallblekningshändelsen på rekord när koraller över hundratals mil blev helt vita. Dessa blekningshändelser kan så småningom leda till koraldöd. Forskare förutspår att de globala klimatförändringarna och den fortsatta ökningen av havstemperaturerna kommer att öka frekvensen av korallblekning över hela världen. Den knepiga delen är, koraller visar inte synliga tecken på blekning i förväg. De gener som identifierats i denna studie kan ge forskare en ögonblicksbild av korallhälsa - och en uppfattning om när blekning sannolikt kommer att inträffa.

Under stressiga förhållanden, en koralls normala cellulära funktioner börjar misslyckas. Som svar, gruppen av gener som identifierats i denna studie utlöser en process, kallade det ovikta proteinsvaret, som fungerar för att återställa normala förhållanden i cellen. Om förhållandena fortsätter att försämras, korallerna bleker och dör så småningom.

"För första gången, vi kan fråga dessa koraller, 'hur mår du?' De har inget hjärtslag. De har ingen puls. Vi måste känna till deras vitala tecken för att förstå hur de reagerar på miljön, Sa Palumbi.

En gammal stressrespons

Under den sjutton dagars studieperioden, Palumbi och doktorand Lupita Ruiz-Jones övervakade över 17, 000 korallgener strax efter middagstid varje dag. På den sjunde och åttonde dagen, när tidvattnet var lägst och temperaturen hetast, korallernas gener initierade det cellulära veckade proteinsvaret. På dag nio, tidvattnet steg och korallernas system återgick till det normala.

"Det här svaret visar bara hur i synkronisering koraller är med sin miljö, "sa Ruiz-Jones, som var första författare på tidningen.

Denna stressrespons är inte unik för koraller. Det har observerats hos däggdjur och vissa jästarter. Människor aktiverar samma gamla gener som svar på sjukdomar, som cancer. Vid stress, en cells felvikna och utfällda proteiner ackumuleras i det endoplasmatiska retikulumet, en serie platta, rörliknande strukturer i cellen som hjälper till att bygga proteiner. Det ovikta proteinsvaret är en reaktion på översvämningen av felmonterade proteiner.

"Det är i grunden organismen som inser att något inte stämmer, "Sa Ruiz-Jones.

Studerar hårda koraller

Lagunen på Ofu Island, ett grunt turkost badkar, gav det idealiska korallaboratoriet för att studera värmetoleranta koraller. Korallerna på Ofu Island upplever vattentemperaturer nära människans kroppstemperatur, tillräckligt för att döda de flesta korallarter. Ofus koraller, dock, trivs i stressiga miljöförhållanden.

Forskare tror att ofta, pulserande exponering för höga temperaturer kan göra koraller starkare, ungefär på samma sätt som idrottare tränar för tävling. Att förstå varför några av världens tuffaste koraller är så värmetoleranta kan hjälpa forskare att identifiera och kartlägga andra överlevande korallkolonier runt om i världen.

"Vi vet att koraller har förmågan att anpassa sig och utvecklas till varmare vatten än vi trodde tidigare. Vi kan använda det som en primär tillgång för att hjälpa dem att leva genom de kommande decennierna tills vi löser de globala klimatförändringarna, Sa Palumbi.

Palumbi är också senior på Stanford Woods Institute for the Environment.