Dinoflagellat Breviolium minutum, som är en av algerna som används för denna forskning. Kredit:Tingting Xiang
Vilka faktorer styr algers framgång som "hyresgäster" av sina korallvärdar både under optimala förhållanden och när oceaniska temperaturer stiger? Ett team av experter som leds av Victoria University of Wellington, inklusive Carnegies Arthur Grossman, undersöker denna fråga.
Koraller är marina ryggradslösa djur som bygger stora exoskelett från vilka färgglada rev är konstruerade. Men denna revbyggnad är endast möjlig på grund av ett ömsesidigt fördelaktigt förhållande mellan korallen och olika arter av encelliga alger som kallas dinoflagellater som lever inuti cellerna i korallpolyper.
Dessa alger är fotosyntetiska, vilket innebär att de likt växter kan omvandla solens energi till kemisk energi i form av mat. Många av de fotosyntetiskt härledda näringsämnena som syntetiseras av en alg fungerar som föda för dess korallvärd, medan värden i sin tur förser algen med viktiga oorganiska näringsämnen, inklusive koldioxid, kväve i form av ammonium, och fosfat. Dock, havets uppvärmning på grund av klimatförändringar gör att många koraller förlorar sina inhemska alghyrare – tillsammans med de näringsämnen som de tillhandahåller – ett fenomen som kallas blekning. Om den blekta korallen inte återkoloniseras med nya alghyrare, den kan dö.
Vissa arter av dinoflagellatalger bildar dessa symbiotiska relationer med flera typer av koraller, andra är mer specifika.
"Vi är intresserade av att förstå de cellulära processerna som upprätthåller dessa preferensrelationer, " sa Grossman. "Vi vill också veta om det är möjligt att mer värmetolerant, icke-föredragna alger kan återuppliva blekta korallsamhällen även om förhållandet är mindre effektivt."
Havsanemonen Aiptasia pallida som är värd för algerna, som är ansvariga för de röda fluorescensfläckarna som observeras i djurets kropp. Kredit:Tingting Xiang
Andra organismer som havsanemoner är en del av samma filum som koraller, kallas cnidaria; de är också värd för alger men är lättare att studera. I denna tidning — publicerad av ISME Journal – Forskarna analyserade skillnaderna i cellulär funktion som uppstod när en typ av anemon som heter Exaiptasia pallida befolkades av två olika släkten av dinoflagellatalger – en naturlig och mycket mottaglig för termisk blekning och den andra, som är icke-inhemsk men mer värmebeständig.
"I den här studien hoppades vi kunna belysa proteiner som fungerar för att förbättra näringsutbytet mellan anemonen och dess inhemska alger och varför anemonens framgång äventyras när den är värd för de icke-inhemska värmeresistenta algerna, sa Grossman.
Teamet fann att anemoner koloniserade av inhemska alger uttryckte förhöjda nivåer av proteiner associerade med metabolismen av organiskt kväve och lipider - näringsämnen som effektivt kan syntetiseras som en konsekvens av algernas fotosyntetiska aktivitet. Dessa anemoner syntetiserade också ett protein som heter NPC2-d som tros vara nyckeln till Cnidarians förmåga att ta upp algerna och känna igen den som en symbiotisk partner.
I kontrast, anemoner med den icke-infödda hyresgästen uttryckte proteiner associerade med stress, vilket sannolikt återspeglar mindre optimal integrering av metabolismerna hos de två organismerna.
"Våra resultat öppnar dörrar för framtida studier för att identifiera nyckelproteiner och cellulära mekanismer som är involverade i att upprätthålla ett robust förhållande mellan algen och dess cnidarian värd och de sätt på vilka organismernas metabolism integreras, avslutade Grossman.
