Mariene biologen van Stanford hebben ontdekt dat koralen een specifieke groep oude, defensieve genen bij blootstelling aan stressvolle omgevingscondities. Deze stress-geïnduceerde genen kunnen dienen als een soort waarschuwingssignaal voor koraalverblekingsgebeurtenissen.

In de studie, onderzoekers volgden drie koraalkolonies in een lagune op Ofu Island, Amerikaans Samoa, voor hun reactie op stressoren zoals hoge temperaturen, zuurstof, en de zuurgraad van de oceaan. Op de heetste dagen, de onderzoekers zagen een significante verandering in de genen die de koralen in hun cellen activeerden.

"Ze begonnen een hele reeks genen te gebruiken die ze nog niet eerder hadden gebruikt, " zei Steve Palumbi, een professor in de mariene wetenschappen, directeur van Hopkins Marine Station, en een auteur van het artikel dat de studie schetst, onlangs gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Een momentopname van de gezondheid van koralen

in 2016, het Great Barrier-rif zag de ergste koraalverbleking ooit, toen koralen over honderden kilometers spierwit werden. Deze verblekingsgebeurtenissen kunnen uiteindelijk leiden tot koraaldood. Wetenschappers voorspellen dat de wereldwijde klimaatverandering en de aanhoudende stijging van de oceaantemperaturen de frequentie van koraalverbleking wereldwijd zullen verhogen. Het lastige is, koralen vertonen vooraf geen zichtbare tekenen van verbleking. De genen die in deze studie zijn geïdentificeerd, kunnen wetenschappers een momentopname geven van de gezondheid van koralen - en een idee van wanneer verbleking waarschijnlijk zal optreden.

Onder stressvolle omstandigheden, de normale cellulaire functies van een koraal beginnen te falen. In antwoord, de groep genen die in deze studie is geïdentificeerd, zet een proces op gang, genaamd de ongevouwen eiwitrespons, dat werkt om de normale omstandigheden in de cel te herstellen. Als de omstandigheden blijven verslechteren, de koralen bleken en uiteindelijk sterven.

"Voor de eerste keer, we kunnen die koralen vragen, 'hoe is het met je?' Ze hebben geen hartslag. Ze hebben geen hartslag. We moeten hun vitale functies kennen om te begrijpen hoe ze op de omgeving reageren, ' zei Palmi.

Een oude stressreactie

In de loop van de zeventien dagen durende studieperiode, Palumbi en afgestudeerde student Lupita Ruiz-Jones volgden meer dan 17, 000 koraalgenen elke dag net na het middaguur. Op de zevende en achtste dag, toen de getijden het laagst waren en de temperaturen het heetst, de genen van de koralen begonnen de cellulaire ongevouwen eiwitreactie. Op dag negen, de getijden stegen en de systemen van de koralen keerden terug naar normaal.

"Deze reactie laat zien hoe synchroon koralen zijn met hun omgeving, " zei Ruiz-Jones, wie was de eerste auteur op het papier.

Deze stressreactie is niet uniek voor koralen. Het is waargenomen bij zoogdieren en bij sommige gistsoorten. Mensen activeren dezelfde oude genen als reactie op ziekten, zoals kanker. In tijden van stress, de verkeerd gevouwen en ongevouwen eiwitten van een cel hopen zich op in het endoplasmatisch reticulum, een reeks afgeplatte, buisachtige structuren in de cel die helpen bij het bouwen van eiwitten. De ongevouwen eiwitreactie is een reactie op de stroom van verkeerd samengestelde eiwitten.

"Het is eigenlijk het organisme dat herkent dat er iets niet klopt, ' zei Ruiz-Jones.

Stoere koralen bestuderen

De lagune op het eiland Ofu, een ondiep turquoise bad, bood het ideale koraallaboratorium voor het bestuderen van hittetolerante koralen. De koralen op Ofu Island ervaren watertemperaturen in de buurt van de menselijke lichaamstemperatuur, genoeg om de meeste koraalsoorten te doden. De koralen van Ofu, echter, gedijen in stressvolle omgevingscondities.

Wetenschappers zijn van mening dat frequente, pulserende blootstelling aan hoge temperaturen kan koralen sterker maken, ongeveer op dezelfde manier waarop atleten trainen voor competitie. Begrijpen waarom sommige van 's werelds taaiste koralen zo hittebestendig zijn, zou wetenschappers kunnen helpen bij het identificeren en in kaart brengen van andere overlevende koraalkolonies over de hele wereld.

"We weten dat koralen het vermogen hebben om zich aan te passen en te evolueren naar warmer water dan we eerder dachten. We kunnen dat gebruiken als een primaire troef om hen te helpen de komende decennia te leven totdat we de wereldwijde klimaatverandering oplossen, ' zei Palmi.

Palumbi is ook een senior fellow bij het Stanford Woods Institute for the Environment.