En ny studie ger en överraskande twist - man kan till och med säga en dubbel spiral - i vår förståelse av hur korallrev reagerar på havsuppvärmning och försurning. Det erbjuder också möjligheten till ett system för tidig varning för de värmeinducerade blekningshändelserna som i allt högre grad skadar korallreven över hela världen.

Korallblekningshändelser – när stress stör partnerskapet som gynnar både koraller och algerna som normalt lever i deras vävnader – inträffar nästan fem gånger oftare nu än de gjorde för bara fyra decennier sedan. Dessa händelser har ödelagt stora delar av annars livfulla korallrevsmiljöer, såväl som fisket och turismen de vårdar, vilket hotar de 375 miljarder dollar som forskare uppskattar att friska rev tillför den globala ekonomin varje år.

I den aktuella studien, Emily Rivest från William &Mary's Virginia Institute of Marine Science och kollegor använde en banbrytande genomisk teknik för att testa om havsuppvärmning och försurning kan påverka korallvärden annorlunda än dess algpartner. Studien, publicerad i senaste numret av Frontiers in Marine Science , var medförfattare av Morgan Kelly från Louisiana State University, Melissa DeBiasse vid University of Florida, och Gretchen Hofmann från University of California, Santa Barbara.

Forskargruppen fortsatte med att exponera en grupp koralllarver och deras algsymbiioner för akvarievatten som värmts upp och försurats till förhållanden som beräknas för år 2100, medan man håller en kontrollgrupp under dagens förhållanden av temperatur och pH. De jämförde sedan hur korall- och algceller från dessa experiment- och kontrollgrupper skiljde sig när det gäller genuttryck.

Genuttryck hänvisar till den process genom vilken en cell läser sin genetiska kod genom att kopiera utvalda bitar av DNA i sin kärna och använda dessa "transkriptioner" för att göra proteiner för celltillväxt och underhåll. I vid bemärkelse, genuttryck är anledningen till att din lever inte växer ögonglober eller vice versa. Men för varje celltyp - oavsett om levern, hornhinnan, korall, eller alger – differentiellt uttryck av en organisms gener bestämmer också mer subtila aspekter av cellulär struktur och funktion, såsom metabolismens hastighet eller enzymproduktion.

Viktigt för den aktuella studien, förändringar i genuttryck korrelerar också med stress. Forskarna använde alltså dessa förändringar för att mäta vilka celler - koraller eller alger - som påverkas mest av alltför varmt vatten eller frätande surhet.

Till forskarnas förvåning, de fann att stress förändrar genuttrycket mest märkbart i algerna. säger Rivest, "Vi såg fler skillnader i genuttryck i symbionten än i korallen, vilket var riktigt intressant, eftersom jag tror att folk antar att korallen – eftersom det är djuret och är större – skulle vara den som styr och mest sannolikt kommer att förändras." Forskarna upptäckte att 89 gener uttrycktes differentiellt i algcellerna, medan endast 17 uttrycktes differentiellt i korallen.

Ett tekniskt genombrott

Tidigare studier av korallblekning har hindrats av de tekniska svårigheterna att avgöra om de genetiska utdragen som används för att mäta förändringar i genuttryck var från koralldjuret eller dess algsymbiont. Rivests team klarade denna utmaning genom att jämföra deras observerade utdrag med de i genetiska bibliotek som nyligen utvecklats för varje grupp av organismer.

"Vi kan använda dessa nya bioinformatiska resurser för att säga 'OK, hitta matchen, "" säger Rivest. "Det är riktigt spännande, speciellt för koraller, som är knepiga djur att arbeta med när det gäller att generera sekvensdata. Tills nyligen, vi hade helt enkelt inte tillräckligt bra genetiska bibliotek för att göra den här typen av arbete effektivt."

Tidigare studier har också mest fokuserat på vuxna koraller. Genom att istället titta på larver och deras algpartner, Rivests team hjälpte till att belysa ett viktigt och sårbart skede i en koralls livscykel.

"Våra resultat, säger Rivest, "visa att alger spelar en viktigare roll än vi tidigare trott – även under detta mycket tidiga och kritiska livshistoria. Om du inte har framgång i larvstadiet kommer du inte att ha nya vuxna koraller på revet. I termer av att reven består i framtiden, framgången för detta tidiga skede är nyckeln."

En tidig varning?

Teamets överraskningsupptäckt har viktiga konsekvenser för förståelsen, övervakning, och skydda korallrev som hotas av blekning.

"När vi letar efter blekning, vi mäter ofta färgen på koraller, som återspeglar antalet symbionter som finns där, " säger Rivest. Algsymbionterna innehåller fotosyntetiska pigment som ger de annars nästan genomskinliga korallvävnaderna sin färg. När koraller stressas och tappar sina alger, det som blir synligt är deras underliggande, typiskt vitaktigt skelett, ger dem ett blekt utseende.

"Men, säger Rivest, "Vår studie tyder på att även om du inte har en blekt korall, förhållandet mellan symbionten och korallen kan vara väldigt annorlunda. Så det är viktigt att gå längre än hur många symbionter som finns – vi måste verkligen förstå hur detta förhållande förändras, och långt innan symbionterna lämnar."

"Om vi ​​kunde förutse när blekning kommer att inträffa, " hon säger, "vi skulle kanske kunna försöka rädda dessa rev – skugga dem, transplantera utvalda koraller – vad som än kan fungera för att förhindra att dessa enorma händelser inträffar. Så vi måste veta vad varningstecknen är. Om du kunde identifiera en speciell genuttryckssignatur, eller en förhöjd aktivitet eller ett visst protein, då vet du vad du effektivt ska mäta och leta efter."

Rivest inser att det enda verkligt realistiska sättet att begränsa korallblekning är att begränsa de mänskliga aktiviteterna som leder till havsuppvärmningen. Men hon tror att ett system för tidig varning också skulle kunna spela en roll för samhällets reaktion.

"Den bästa lösningen för korallblekning är att ta itu med den globala uppvärmningstrenden i havet, " säger hon. "Ett tidig varningssystem kan inte förhindra att dessa händelser inträffar, men det kan hjälpa oss att mildra förlusterna och hjälpa korallreven att bestå i en eller annan form in i framtiden."