Voor het eerst gedetecteerd in Brazilië aan de kust van de Zuidoost-regio eind jaren tachtig, toen het zoeken naar olie en gas begon in het Campos-bekken voor de kust van Rio de Janeiro, zonnekoralen van het geslacht Tubastraea verspreiden zich nu zeer snel over de rotsachtige kusten en kliffen van Braziliaanse eilanden en worden beschouwd als biologische indringers.

Ooit biodivers en veelkleurig, de riffen op het eiland Búzios - onderdeel van de gemeente Ilhabela, staat So Paulo, ook gelegen op het zuidoosten - zijn nu bedekt met oranje strepen. In sommige plaatsen, geen kale rots of andere soorten koraal te zien.

"De riffen rond het eiland Búzios zijn in een onherstelbare staat, " zei Marcelo Kitahara, een professor in de Marine Science Department van de Federale Universiteit van São Paulo (DCMAR-UNIFESP) in Santos, Brazilië. Kitahara leidt een project dat wordt ondersteund door de Sao Paulo Research Foundation-FAPESP om de fylogenomie van twee soorten en de verbanden tussen hun evolutie en klimaatverandering te bestuderen.

Het geslacht Tubastraea omvat zeven soorten, allemaal afkomstig uit de tropische wateren van de Indische Oceaan en de Stille Oceaan. Enkel twee, T. coccinea en T. tagusensis , zijn ook te vinden in de zuidwestelijke Atlantische Oceaan. Beide zijn invasieve soorten.

De eerste Braziliaanse waarnemingen werden geregistreerd in het Campos-bekken in de jaren tachtig, gevolgd door de ontdekking van kolonies op riffen voor de zuidkust van de staat Rio de Janeiro in de jaren negentig. Vanaf dat moment, zonnekoraal is gevonden over meer dan 3, 000 km van de Braziliaanse kustlijn, van Santa Catarina in het zuiden tot Ceará in het noordoosten.

"Managementactie is op sommige plaatsen nog mogelijk, maar dit vereist de volledige handmatige verwijdering van alle kolonies, ' zei Kitahara. 'Als er niets wordt gedaan om zijn opmars te stoppen, zonnekoraal zou mogelijk de hele Braziliaanse kust kunnen koloniseren."

Een studie die het verrassende vermogen van zonnekoraal om te regenereren aantoont, werd gepubliceerd in de Journal of Experimental Marine Biology and Ecology . De hoofdauteur is Ph.D. studente Bruna Louise Pereira Luz, een bioloog verbonden aan de Federale Universiteit van Paraná (UFPR) en momenteel in Australië, waar hij zonnekoraal bestudeert aan de James Cook University, Townsville, nabij het Groot Barrièrerif, onder toezicht van Kitahara.

"Zonnekoraalkolonies vermenigvuldigen zich met grote snelheid in gebieden zoals deze. We wilden begrijpen hoe en waarom, " zei Kitahara. Op een van de bevindingen - alleen mogelijk gemaakt door een laboratorium uitgevoerd experiment - onthulden ze ook dat het regeneratieproces van zonnekoraal sneller wordt naarmate de watertemperatuur stijgt.

Mogelijke invloed van olie- en gasindustrie

Het verschijnen van deze invasieve soorten net toen de olie- en gasproductie begon, was niet uniek voor Rio de Janeiro. De Golf van Mexico heeft ook enorme offshore-olievelden, en zonnekoraal is sinds het begin van de jaren 2000 gevonden aan de Mexicaanse kust. Er zijn zelfs verslagen van zonnekoraal die aan de rompen van schepen zijn bevestigd.

"We kunnen er niet helemaal zeker van zijn dat offshore-olieboringen in het Campos-bekken hebben geleid tot de invasie van onze kust door zonnekoraal, maar al het bewijs wijst op deze conclusie, " zei de FAPESP-projectcoördinator.

Een koraalrif is een kalkstenen skelet gebouwd door kolonies van duizenden kleine dieren die koraalpoliepen worden genoemd. De meeste rifbouwende koralen bevatten fotosynthetische algen die in hun weefsels leven. De koralen en algen hebben een symbiotische relatie:de poliepen leveren de verbindingen die de algen nodig hebben voor fotosynthese, en de algen voorzien de poliepen van voedingsstoffen. Andere types, inclusief zonnekoraal, kan groeien en zich vermenigvuldigen zonder algen.

"Omdat het geen algen heeft, zonnekoraal is niet beperkt tot plaatsen met zonlicht voor fotosynthese. Het komt meestal voor op diepten tot 20 meter, maar waarnemingen zijn geregistreerd op 110 meter. Op rotsachtige kusten en onderwaterkliffen, poliepen bouwen enorme aantallen kolonies en bedekken 100% van het substraat, ' legde Kitahara uit.

Tijdens dit proces, ze verdrijven het inheemse koraal, verwoestende ecologische relaties met de zeefauna die ervan afhankelijk is of erin leeft.

Reorganisatie van stamcellen

Om de mechanismen te onderzoeken die het zonnekoraal in staat stellen zich zo succesvol aan te passen en zich snel te vermenigvuldigen in verschillende mariene omgevingen, de onderzoekers verzamelden een kolonie van T. coccinea en nog een van T. tagusensis van het eiland Búzios.

In het laboratorium, de onderzoekers verwijderden uit elke kolonie 120 fragmenten bestaande uit skelet met levend weefsel maar zonder mesenteriën, monden en tentakels. De monsters van elke soort werden vervolgens verdeeld in twee groepen van 60, een met zeer kleine fragmenten (3,5-11 mm²) en een andere met iets grotere fragmenten (11-53 mm²). Alle 240 fragmenten werden apart in containers met gefilterd zeewater geplaatst.

Voor elke combinatie van soort en fragmentgrootte, individuen werden verder gescheiden in drie groepen van 20 fragmenten en op een constante temperatuur van 24 ° C gehouden (historisch de gemiddelde oppervlaktewatertemperatuur in de regio), 27 °C (de gemiddelde temperatuur van het zeeoppervlak in de zomer) of 30 °C (waargenomen tijdens hittegolven).

Eindelijk, de effecten van de aanwezigheid van voedsel werden getest door om de dag gelijke hoeveelheden (10 ml) levend zoöplankton toe te voegen aan de helft van de containers.

De fragmenten werden gefotografeerd op de eerste dag van het experiment en toen de mond en volledige poliep voor het eerst werden waargenomen. Slechts 41 van de 240 fragmenten, of 17,1%, weefselnecrose en overlijden ondergaan. De andere 199 fragmenten (86,9%) regenereerden. Van deze, 21 (9% van het gehele monster) vertoonde een alternatief regeneratiepatroon, met de vorming van twee poliepen in plaats van één.

Ongeacht de soort, De overleving van koraalfragmenten werd alleen beïnvloed door de temperatuur. Het overlevingspercentage was het hoogst bij 24 °C. Er was geen verschil tussen de fragmenten die bij 27 °C werden bewaard en die bij 30 °C. Voedselvoorziening en fragmentgrootte hadden geen invloed op de overleving.

Regeneratie bleek de volgende stadia te omvatten. Na aanvankelijke weefselretractie, de beginselen van de mond werden merkbaar, soms twee voor een enkel fragment. De daaropvolgende ontwikkeling bestond uit weefselreorganisatie rond de beginselen van de mond, leidend tot de vorming van twee kleine, duidelijke poliepen, of de reabsorptie van een van de beginselen, in welk geval significante weefseldifferentiatie rond de resterende beginselen van de mond resulteerde in een grotere poliep.

"We hebben een zeer interessant fenomeen waargenomen, " zei Kitahara. "Vanuit een cellulair oogpunt, er was een reorganisatie van stamcellen. De poliep in formatie verbruikte weefsel als energiebron om prioriteit te geven aan de productie van andere lichaamsdelen."

De resultaten van het experiment wezen in het algemeen op snellere regeneratiesnelheden bij hogere temperaturen. De snelste mondregeneratie voor fragmenten zonder contact met voedsel was 23 dagen bij 24 °C of 18 dagen bij 30 °C. Echter, fragmenten die bij 27 °C in contact met levend zoöplankton werden gehouden, vertoonden een 30% snellere mondontwikkeling. Dit suggereert een optimale mondontwikkeling bij de tussentemperatuur (27 °C), mits er contact is met voedsel.

Fragmenten van beide soorten ontwikkelden zich in ongeveer 25 dagen bij 27 °C en 30 °C tot complete poliepen. Ongevoede individuen van de soort T. coccinea duurde ongeveer 41 dagen om poliepvorming te bereiken.

Zoals Kitahara uitlegde, het feit dat zonnekoraal sneller regenereert bij hogere temperaturen is zeer relevant voor zijn invasieve succes. De meeste inheemse koralen aan de Braziliaanse kust verbleken als de temperatuur van het oppervlaktewater stijgt.

"Ze verliezen kleur, " zei de door FAPESP gefinancierde onderzoeker. "Warmer water verstoort het metabolisme van hun symbiont-algen. Gebleekt koraal overleeft slechts een paar dagen. Als de temperatuur hoog blijft, het sterft. Het verbleken of afsterven van inheems koraal opent een kans voor substraatinvasie door zonnekoraal."

De volgende stappen in deze onderzoekslijn, volgens Kitahara, zal zijn om het genoom van zonnekoraal te sequencen, aan de moleculaire kant, en, aan de ecologische kant, om de biologische aspecten van zijn invasie te onderzoeken en hoe deze de inheemse zeefauna beïnvloedt.

De toekomst lijkt niet veelbelovend voor inheemse koralen aan de Braziliaanse kust, volgens Kitahara. Voor zonnekoraal, Integendeel, het schijnt helder te zijn. Aan de ene kant, wereldwijde klimaatverandering en stijgende zeewatertemperaturen helpen de indringer, die sneller regenereert in warmer water, terwijl inheemse koralen het risico lopen te sterven. Om nog maar te zwijgen over het vooruitzicht van een uitbreiding van de olieproductie in de Braziliaanse wateren.