Upptäcktes för första gången i Brasilien vid kusten i den sydöstra regionen i slutet av 1980-talet, när olje- och gasprospektering började i Campos Basin utanför Rio de Janeiro, solkoraller av släktet Tubastraea sprider sig nu mycket snabbt genom de klippiga stränderna och klipporna på de brasilianska öarna och anses vara biologiska inkräktare.

En gång biologisk mångfald och mångfärgad, reven på ön Búzios – en del av kommunen Ilhabela, delstaten Sao Paulo, också belägna i sydost — är nu täckta med orange ränder. På några ställen, ingen kal sten eller andra korallarter kan ses.

"Reven runt Búzios Island är i ett irreparabelt tillstånd, sa Marcelo Kitahara, en professor vid marinvetenskapsavdelningen vid Federal University of São Paulo (DCMAR-UNIFESP) i Santos, Brasilien. Kitahara leder ett projekt som stöds av Sao Paulo Research Foundation - FAPESP för att studera fylogenomiken hos två arter och kopplingarna mellan deras utveckling och klimatförändringar.

Släktet Tubastraea omfattar sju arter, alla infödda i de tropiska vattnen i Indiska oceanen och Stilla havet. Bara två, T. coccinea och T. tagusensis , finns också i sydvästra Atlanten. Båda är invasiva arter.

De första brasilianska observationerna registrerades i Campos Basin på 1980-talet, följt av upptäckten av kolonier på rev utanför den södra kusten av staten Rio de Janeiro på 1990 -talet. Sedan dess, solkorall har hittats över 3, 000 km av den brasilianska kusten, från Santa Catarina i söder till Ceará i nordost.

"Managemang är fortfarande möjlig på vissa ställen, men detta kräver fullständigt manuellt avlägsnande av alla kolonier, " sa Kitahara. "Om inget görs för att stoppa dess framfart, solkoraller kan potentiellt kolonisera hela den brasilianska kusten."

En studie som visar solkorallernas överraskande förmåga att regenerera fick sina resultat publicerade i Journal of Experimental Marine Biology and Ecology . Huvudförfattaren är Ph.D. elev Bruna Louise Pereira Luz, en biolog knuten till Federal University of Paraná (UFPR) och för närvarande i Australien och studerar solkorall vid James Cook University, Townsville, nära Stora barriärrevet, under överinseende av Kitahara.

"Solkorallkolonier förökar sig med stor hastighet i områden som dessa. Vi försökte förstå hur och varför, " sa Kitahara. På ett av fynden - endast möjliggjort genom ett laboratorieexperiment - avslöjade de också att solkorallens regenereringsprocessen blir snabbare när vattentemperaturen ökar.

Möjligt inflytande från olje- och gasindustrin

Uppkomsten av dessa invasiva arter precis när olje- och gasproduktionen började var inte unik för Rio de Janeiro. Mexikanska golfen har också stora oljefält till havs, och solkorall har hittats på den mexikanska kusten sedan början av 2000-talet. Det finns till och med uppgifter om solkoraller fästa vid fartygsskrov.

"Vi kan inte vara helt säkra på att oljeborrningar till havs i Campos Basin resulterade i invasionen av vår kust av solkoraller, men alla bevis pekar på denna slutsats, " sa FAPESP-projektkoordinatorn.

Ett korallrev är ett kalkstensskelett byggt av kolonier av tusentals små djur som kallas korallpolyper. De flesta revbyggande koraller innehåller fotosyntetiska alger som lever i deras vävnader. Korallerna och algerna har ett symbiotiskt förhållande:polyperna tillhandahåller de föreningar som algerna kräver för fotosyntes, och algerna förser polyperna med näringsämnen. Andra typer, inklusive solkoraller, kan växa och föröka sig utan alger.

"Eftersom den inte har några alger, solkoraller är inte begränsade till platser med solljus för fotosyntes. Det förekommer vanligtvis på djup upp till 20 meter, men observationer har registrerats på 110 meter. På klippiga stränder och undervattensklippor, polyper bygger ett stort antal kolonier och täcker 100 % av substratet, "Förklarade Kitahara.

Under denna process, de driver ut den inhemska korallen, förödande ekologiska relationer med den marina faunan som är beroende av eller bebor den.

Omorganisation av stamceller

Att undersöka mekanismerna som gör det möjligt för solkoraller att anpassa sig så framgångsrikt och sprida sig snabbt i olika marina miljöer, forskarna samlade en koloni av T. coccinea och en annan av T. tagusensis från ön Búzios.

I laboratoriet, forskarna tog bort från varje koloni 120 fragment bestående av skelett med levande vävnad men som saknade mesenterier, munnar och tentakler. Proverna av varje art separerades sedan i två grupper om 60, en med mycket små fragment (3,5-11 mm²) och en annan med något större fragment (11-53 mm²). Alla 240 fragment placerades separat i behållare med filtrerat havsvatten.

För varje kombination av arter och fragmentstorlek, individer separerades ytterligare i tre grupper om 20 fragment och hölls vid en konstant temperatur på 24 °C (historiskt sett den genomsnittliga ytvattentemperaturen i regionen), 27 °C (medelhavstemperaturen på sommaren) eller 30 °C (observeras under värmeböljor).

Till sist, effekterna av närvaron av mat testades genom att tillsätta lika stora mängder (10 ml) levande djurplankton varannan dag till hälften av behållarna.

Fragmenten fotograferades den första dagen av experimentet och när munnen och hela polypen först observerades. Endast 41 av de 240 fragmenten, eller 17,1%, genomgick vävnadsnekros och död. De andra 199 fragmenten (86,9%) regenererades. Av dessa, 21 (9 % av hela provet) visade ett alternativt regenereringsmönster, med bildandet av två polyper istället för en.

Oavsett art, korallfragments överlevnad påverkades endast av temperaturen. Överlevnaden var högst vid 24 °C. Det fanns ingen skillnad mellan fragmenten som hölls vid 27 °C och de som hölls vid 30 °C. Mattillgång och fragmentstorlek påverkade inte överlevnaden.

Regenerering befanns inkludera följande steg. Efter initial vävnadsretraktion, rudiment i munnen blev märkbara, ibland två för ett enda fragment. Efterföljande utveckling bestod antingen av vävnadsreorganisering runt munnen, som leder till bildandet av två små, distinkta polyper, eller återupptag av ett av grunderna, i vilket fall signifikant vävnadsdifferentiering runt det återstående munstycket resulterade i en större polyp.

"Vi observerade ett mycket intressant fenomen, " sa Kitahara. "Från en cellulär synvinkel, det skedde en omorganisation av stamceller. Polypen som bildades konsumerade vävnad som en energikälla för att prioritera produktionen av andra kroppsdelar."

Resultaten av experimentet indikerade i allmänhet snabbare regenereringshastigheter vid högre temperaturer. Den snabbaste munregenereringen för fragment utan kontakt med mat var 23 dagar vid 24 °C eller 18 dagar vid 30 °C. Dock, fragment som hölls vid 27 °C i kontakt med levande djurplankton visade 30 % snabbare munutveckling. Detta föreslår optimal munutveckling vid mellantemperaturen (27 ° C), förutsatt att det finns kontakt med mat.

Fragment av båda arterna utvecklades till kompletta polyper på cirka 25 dagar vid 27 ° C och 30 ° C. Omatade individer av arten T. coccinea tog cirka 41 dagar att uppnå polypbildning.

Som Kitahara förklarade, det faktum att solkoraller regenererar snabbare vid högre temperaturer är mycket relevant för dess invasiva framgång. De flesta inhemska koraller på den brasilianska kusten blir bleka när ytvattentemperaturen stiger.

"De tappar färg, " sa den FAPESP-finansierade forskaren. "Varmare vatten stör metabolismen av deras symbiontalger. Blekt korall överlever bara några dagar. Om temperaturen förblir hög, den dör. Blekning eller död av inhemsk korall öppnar en möjlighet för substratinvasion av solkorall. "

Nästa steg i denna forskningslinje, enligt Kitahara, kommer att vara att sekvensera solkorallens genom, på den molekylära sidan, och, på den ekologiska sidan, att undersöka de biologiska aspekterna av dess invasion och hur den påverkar den inhemska marina faunan.

Framtiden verkar inte lovande för inhemska koraller på den brasilianska kusten, enligt Kitaharas uppfattning. För solkoraller, tvärtom, det verkar vara ljust. Å ena sidan, globala klimatförändringar och stigande havsvattentemperaturer hjälper inkräktaren, som regenererar snabbare i varmare vatten, medan inhemska koraller riskerar att dö. För att inte tala om utsikterna att utöka oljeproduktionen i brasilianska vatten.