Селекция кораллов: ученые нашли способ повысить их жароустойчивость и спасти рифы. Так ли всё радужно?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Флора и фауна

Коралловые рифы — оазисы жизни в океанской пустыне, сложнейшие экосистемы, поражающие воображение буйством красок и форм. Но эти подводные города сегодня находятся под угрозой исчезновения. Главный враг — изменение климата, вызывающее повышение температуры воды и губительные для кораллов тепловые волны. В борьбе за выживание этих хрупких организмов учёные ищут новые подходы, и один из них — селекционное разведение, направленное на повышение термостойкости.

Селекция кораллов, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Недавно завершившийся пятилетний проект, возглавляемый доктором Джеймсом Гестом из Ньюкаслского университета, принёс первые обнадеживающие, но неоднозначные результаты. Впервые в истории удалось успешно провести селекцию взрослых кораллов, повысив устойчивость их потомства к тепловому стрессу. Это стало возможным благодаря тщательному отбору родительских колоний, демонстрирующих повышенную термостойкость. Эксперименты проводились с двумя типами теплового воздействия: кратковременным, но интенсивным, и продолжительным, имитирующим естественные морские тепловые волны. В обоих случаях потомство отобранных кораллов продемонстрировало улучшенную устойчивость к высоким температурам.

a Эффективность селекции в изменении распределений теплоустойчивости (колоколообразные кривые) потомства от родителей с низкой (красные) или высокой (синие) теплоустойчивостью зависит от узкоспециальной наследуемости (h2). Пунктирными линиями показаны средние значения для родительских колоний с низкой теплоустойчивостью (красный), популяции (черный) и колоний с высокой теплоустойчивостью (синий). b Кораллы исходной популяции находились на рифе, а (c) селективно выведенные колонии потомства (F1) выращивались в общих садовых питомниках. d Приведены графики краткосрочной (слева) и долгосрочной (справа) теплоустойчивости с указанием дат отбора родителей, селективного разведения, выращивания в питомниках и анализа взрослого потомства на тепловой стресс. Родительские колонии были получены из одной и той же исходной популяции для обеих селекционных работ (2018 и 2019 гг.).
Автор: Humanes, A., Lachs, L., Beauchamp, E. et al. Selective breeding enhances coral heat tolerance to marine heatwaves. Nat Commun 15, 8703 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52895-1 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Однако достигнутый эффект, хоть и реальный, оказался довольно скромным. Потенциальное повышение термостойкости, оцениваемое примерно в 1°C в неделю на протяжении одного поколения, недостаточно для того, чтобы противостоять стремительному потеплению океана. Это как дать солдату лёгкий щит перед лицом ураганного огня — защита есть, но её явно недостаточно.

Отбор на кратковременную (a, c, e, g) и долговременную (b, d, f, h) устойчивость к тепловому стрессу при сравнении родителей и взрослого потомства (F1). Распределения теплоустойчивости (плотность ядра ΔDHW50, доза теплового стресса, при которой BSI колонии переходит через 0,5) в исходной популяции к кратковременному (a) и длительному (b) воздействию теплового стресса (n = 31 и n = 65 колоний, подвергшихся кратковременному и длительному стрессу, соответственно). Теплоустойчивость выбранных родительских колоний («P» в идентификаторе колонии) обозначена вертикальными линиями для низкой (красный) и высокой (синий) теплоустойчивости. c, d Матрицы показывают проведенные скрещивания, либо низко-низкие (LL, красный), либо высоко-высокие (HH, синий), либо низковысокие (фиолетовый), выделяя те из них, в которых между низко (красный) и высокоустойчивыми (синий) родителями, на основе короткого (ни одна особь не выжила до теплового стресса потомства (X). e, f Распределения теплоустойчивости потомства между LL (красный) и HH (синий) значительно различаются на основе линейных смешанных моделей (e, z = 5,188/84, P = 3 x 10-7; f, z = 2,743/39, P = 0,008). g, h Прогрессия мгновенного BSI для каждой колонии потомства (слабые линии и точки, окрашенные F1 DHW50) на протяжении воздействия теплового стресса, в пересчете на DHW. Общие сигмоидальные отклики BSI-DHW с высоким или низким отбором (черные линии и заштрихованные 95% доверительные интервалы) показывают значительные различия между интерцептами между скрещиваниями LL и HH на основе обобщенных линейных смешанных моделей (g, z = 5,3880/875, P = 1 x 10-7; h, z = 31280/1275, P = 0,002). Исходные данные представлены в файле Source Data (см. оригинальное исследование).
Автор: Humanes, A., Lachs, L., Beauchamp, E. et al. Selective breeding enhances coral heat tolerance to marine heatwaves. Nat Commun 15, 8703 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52895-1 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Более того, исследование выявило отсутствие прямой связи между устойчивостью к кратковременному и длительному тепловому воздействию. Это означает, что гены, ответственные за эти два типа адаптации, могут быть разными. Такая «генетическая разобщённость» усложняет задачу селекционеров: быстрые и недорогие тесты, выявляющие устойчивость к кратковременному стрессу, могут оказаться бесполезными при прогнозировании выживаемости в условиях реальных морских тепловых волн.

Потомство, отобранное на устойчивость к кратковременному тепловому стрессу (F1-2018) и впоследствии подвергнутое воздействию кратковременного и длительного теплового стресса. a Фенотипическая корреляция признаков между устойчивостью к кратковременному и длительному стрессу для когорты F1 (в терминах DHW50), показывающая значительную положительную корреляцию между этими двумя признаками (линейная смешанная модель показана на графике с 95% доверительными интервалами, Z = 2. 4, и корреляция остаточных признаков в бивариационной модели животных, rR = 0,48 (0,18 SE), Z = 2,650/42, P > 0,05). b Отбор на устойчивость к короткому стрессу не привел к изменениям в устойчивости к длительному стрессу. Это показано в виде распределений устойчивости потомства к длительному стрессу, сгруппированных по устойчивости родителей к короткому стрессу (низкая или высокая), без существенной разницы в ΔDHW50-long между семьями LL и HH на основе обобщенной линейной смешанной модели (Z = -0,650/46, P > 0,05). c Связь между устойчивостью родителей к короткому стрессу в средней точке и устойчивостью их потомства к длительному стрессу на основе данных z-scored (точки). Наклон линейной регрессии (β1, среднее значение и 95% доверительные интервалы апостериорного распределения наклона) и предсказанная регрессия (среднее значение и 95% доверительные интервалы) показывают, что тенденция не отличается от нуля (т. е. плоская линия). Связь 1:1 (пунктирная линия) предполагает наличие одинакового генетического контроля для обоих признаков. Отсутствие значимой генетической корреляции было также показано на основе двухмерной модели животных (rG = 0,06 (0,66 SE), Z = 0,09, P = 0,90). d Прогрессия BSI для каждого потомства F1 (слабые линии и точки) в течение длительного воздействия теплового стресса (недели нагрева в градусах — DHW) подтвердила отсутствие значимой генетической корреляции между устойчивостью к кратковременному и длительному стрессу. Сигмоидальные кривые доза-ответ на уровне когорты сгруппированы по родительской устойчивости к кратковременному тепловому стрессу и не показали существенной разницы между семьями LL и HH на основе обобщенной линейной смешанной модели (Z = -0,71500/1495, P > 0,05, полосы ошибок — 95% доверительные интервалы). Исходные данные представлены в файле Source Data (см. оригинальное исследование)
Автор: Humanes, A., Lachs, L., Beauchamp, E. et al. Selective breeding enhances coral heat tolerance to marine heatwaves. Nat Commun 15, 8703 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52895-1 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Таким образом, селекционное разведение кораллов, хотя и демонстрирует свой потенциал, не является панацеей. Доктор Гест подчёркивает, что перед учёными стоит ещё множество вопросов. Сколько выращенных в лаборатории кораллов нужно высадить в естественную среду, чтобы оказать существенное влияние на дикие популяции? Как предотвратить «разбавление» приобретённых признаков при скрещивании с «дикими» кораллами? И, наконец, как максимально увеличить эффективность селекции в условиях ограниченного времени?

Исследователи единодушны во мнении: селекция может стать важным инструментом в борьбе за сохранение коралловых рифов, но её успех напрямую зависит от одновременного принятия решительных мер по борьбе с изменением климата. Без глобального сокращения выбросов парниковых газов даже самые передовые биотехнологии окажутся бессильны перед лицом климатического апокалипсиса, угрожающего уничтожить одну из самых красивых и важных экосистем нашей планеты.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему мозг «видит лица» там, где их нет, особенно в темноте

Возможно, вы когда-нибудь ловили себя на мысли, что в темноте видите чьё-то лицо — в складках одежды, в силуэте стула или на шторе. Сердце замирает, а потом разум быстро убеждает: «Это...

Что такое структурированная икра и чем она отличается от зернистой

Когда открываешь банку икры, в комнате на мгновение замирает воздух. Солёный запах моря, влажный блеск зёрен, тихий звон ложки о стекло, всё это будто про что-то личное. Но стоит присмотреться, и...

Один фонарик на все случаи. Лазер, светодиодные «крылья» и честный УФ-свет. . Обзор фонарика Wurkkos HD02

«Крылья» кемпингового света, основной свет с 3200люм яркости, зелёный лазер и честный ультрафиолетовый свет с 365нм, резьба под штатив и магнит. Экспериментальный фонарик Wurkkos сулит многое. Вот...

Обзор планшета Blackview Zeno 10 5G: искусственный интеллект, плавный экран и объемный звук

Blackview Zeno 10 5G это современный планшет с поддержкой сим карты, которая обеспечивает связь и автономную работу с мобильным интернетом. Планшет интересен своей доступной ценой и...

ДТ-30 «Витязь»: сильные и слабые стороны легендарного вездехода

Страна у нас огромная и богатая на природные недра, а вот с дорогами постоянные проблемы. Порой проще придумать супер проходимый вездеход, чем прокладывать дороги в условиях Крайнего Севера. Так и...

Одинокое дерево в сердце Сахары: как дереву Тенере удавалось столетиями расти среди песков и что с ним сейчас

В сердце Сахары, в районе Тенере в северо-восточной части Нигера, более трёх веков стояло дерево, которое считалось самым одиноким на планете. Это была зонтичная акация, которую назвали «Дерево...