Korallgenetik kan rädda Mexikanska golfen - även om det kan ta några hundra år.

Golfen, gränsar i norr till Alabama, Florida, Louisiana, Mississippi och Texas, skadades svårt av Deepwater Horizon-olyckan 2010 som ledde till att 11 oljeriggarbetare dog och det största marina oljeutsläppet i historien.

Utsläppet hade en katastrofal inverkan på vikens vidsträckta, sammankopplade ekosystem. Det skadade naturresurser så olika som fisk och skaldjur, produktiva våtmarksmiljöer, sandstränder, fåglar, utrotningshotade och hotade havssköldpaddor, skyddade marina däggdjur – och djuphavskorallsamhällen.

Djupvattenskoraller - som lever djupare än 150 fot - är marina ryggradslösa djur, en grupp djur utan ryggrad. Deras grenliknande strukturer fungerar som grunden för många ekosystem i viken, tillhandahåller livsmiljöer för olika och rikliga fisksamhällen att frodas och föröka sig. Att säkerställa restaurering och hållbarhet av vikens djupvattenskoraller är nyckeln till att säkerställa restaurering och hållbarhet av viken.

Dock, lite förstås om hur viken är rumsligt diskret, ö-liknande korallsamhällen är kopplade till varandra. Att förstå förhållandet mellan samhällena är viktigt för att bestämma deras reproduktionsmönster och, i sista hand, för att uppnå sin fulla förnyelse.

Det är där korallgenetik kommer in, enligt Santiago Herrera, Gästadjunkt vid institutionen för biologiska vetenskaper vid Lehigh University. Herrera är en biologisk oceanograf med expertis inom molekylär ekologi, evolution och genomik hos ryggradslösa djur, med fokus på djuphavskoraller.

Han och hans kollegor har tilldelats ett anslag på 1,3 miljoner dollar av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) RESTORE Act Science Program, en vetenskapsbaserad federal byrå, att ta itu med avgörande luckor i förståelsen av de processer som formar populationsanslutningsmönster i livsmiljöbildande djupvattenskoraller som lever mellan 150 och 7, 500 fot djupt i Mexikanska golfen, inklusive arter som direkt påverkas av oljeutsläppet Deepwater Horizon.

Förutom Herrera - som kommer att fungera som ledare - är huvudutredarna Andrea Quattrini från Harvey Mudd College; Annalisa Bracco från Georgia Institute of Technology och Peter Etnoyer från National Centers for Coastal Ocean Science, en grupp inom NOAA.

Teamet kommer att samarbeta med Erik Cordes från Temple University, samt chefer på Flower Garden Banks National Marine Sanctuary, ett federalt utsett och skyddat undervattensområde - det enda i sitt slag i viken. Fristaden har föreslagit en utvidgning av gränserna för nuvarande skyddade områden för att omfatta ytterligare korallplatser. Teamets arbete syftar till att hjälpa till att vägleda beslut om vilka platser som är särskilt viktiga att utse till marina skyddade områden och informera deras ledning.

Bidraget kommer att finansiera tre expeditioner till viken för fältprovtagning och datainsamling med hjälp av fjärrstyrda fordon. Den första expeditionen börjar nästa vecka på onsdag, 19 juli. Teamet kommer att försöka bestämma mångfalden och den genetiska strukturen hos viktiga korallpopulationer. De kommer också att identifiera riktningen och hastigheten för genetiskt utbyte mellan korallpopulationer för att fastställa vilka som är källan till de mest framgångsrika larverna - korallens "frön" som så småningom bildar nya kolonier.

Genom att använda ett toppmodernt tillvägagångssätt för genomisk populationsanalys som kallas Restriction-site Associated DNA Sequencing (RADseq) – banbrytande av Herrera för användning i koraller – och prediktiva modeller för larvspridning kommer de att kunna uppskatta hur långt vissa korallfamiljer "sprida och bestämma anslutningsmönster bland korallpopulationer.

"Vi har för närvarande en dålig förståelse för de faktorer som begränsar reproduktionsutbytet bland populationer i djuphavskoraller eftersom inga studier har utförts för att undersöka de genetiska anslutningsmönstren för korallsamhällen på dessa djup mellan 150 och 450 fot, och djupare än 3, 000 fot, " säger Herrera. "Att få en holistisk förståelse av djupvattenströmmar och larverspridningsmönster är avgörande för att veta vilka områden som är mest avgörande att skydda för att återställa golfen."

Fastställande av reproduktivt utbyte mellan koraller

När det kommer till reproduktion, koraller har mycket gemensamt med träd - båda förblir på plats, förlitar sig på extern mekanism för att sprida deras "frön" till andra platser. Trädens frön bärs av djur eller av vinden till platser på land där de gror och slår rot. Djupvattenskoraller är beroende av havsströmmar för att skingra sin avkomma, i form av larver.

Ett av sätten som Herrera och hans kollegor kommer att avgöra hur korallpopulationerna i viken hänger ihop är genom att titta på samspelet mellan artspecifika egenskaper bland korallsamhällen på olika platser.

De kommer att generera populationsgenomiska data med hjälp av RADseq, en genomisk sekvensstrategi som kan kartlägga den genetiska mångfalden som finns i tusentals olika loci (positionen på en kromosom), vilket gör det idealiskt att härleda spridningshastigheter och riktning av genflödet i populationer. Att använda denna metod – som Herrera redan framgångsrikt har använt för att belysa mönster av genetisk struktur i koraller – borde dramatiskt förbättra förmågan att upptäcka underliggande ekologiska och evolutionära mönster jämfört med tidigare studier.

"När vi kombinerar information om havsströmmar med genetiska data, vi kommer att kunna härleda hur olika korallpopulationer i viken är relaterade, " säger Herrera. "Dessa data kommer att ge oss ett fönster till hur gener delas - om, till exempel, en given korallpopulation reproducerar mestadels sinsemellan eller med andra korallpopulationer. Att veta detta kan avslöja vilka korallpopulationer som är källorna till de mest framgångsrika larverna."

Han tillägger:"Eftersom regenerering sannolikt kommer att ta decennier eller, även, århundraden, på grund av korallernas långsamma tillväxthastighet, att veta vilka populationer som är källan till de mest framgångsrika avkommorna är avgörande information. Sådana data skulle kunna informera beslut om vilka områden som är viktigast att skydda för återuppbyggnaden av skadade koraller och det slutliga återställandet av viken."