آیا این باکتری می تواند صخره های مرجانی را از گرما نجات دهد؟

صخره های مرجانی در سواحل ابوظبی. | جان برت، با حسن نیت از امین محمد

از آنجایی که گرمای شدید صخره‌های مرجانی بیشتری را از بین می‌برد، دانشمندان در حال رقابت برای یافتن راه‌های جدید - و گاهی غیرمنتظره - برای زنده نگه داشتن آنها هستند. برخی تلاش می کنند مرجان ها را تشویق به تولید مثل بیشتر کنند، در حالی که برخی دیگر با استفاده از کولرهای پیک نیک، تناسب گرما را آزمایش می کنند. یک مطالعه اخیر رویکرد جدیدی دارد و از یک مکان غیرمنتظره می آید: میکروبیوم خود مرجان ها.

مرجان ها نیز مانند انسان ها دارای تعداد زیادی باکتری در داخل و روی آنها هستند. مدت‌ها تصور می‌شد که این جمعیت متنوع از میکروب‌ها نقشی مشابه با باکتری‌های موجود در بدن ما ایفا می‌کنند - به میزبان کمک می‌کنند در حالی که در عوض خانه و منبع تغذیه ثابتی دارند. اما بسیاری از عملکردهای خاص میکروبیوم مرجان ها نامشخص باقی مانده است و هر کلنی مرجانی، حتی در میان مرجان های همان گونه که دقیقا در کنار یکدیگر قرار دارند، می توانند میکروبیوم های مختلفی داشته باشند.

این مطالعه جدید که در Nature Microbiology منتشر شده است، نشان می‌دهد که یک نوع باکتری به نام Endozoicomonas که در انواع مختلفی از گونه‌های مرجانی در سراسر جهان یافت می‌شود، می‌تواند هورمون‌هایی تولید کند که به مرجانی که مورد مطالعه قرار گرفته‌اند کمک می‌کند تا با استرس گرمایی مقابله کند. به طور بالقوه می تواند گونه های دیگر مرجان ها را در برابر اثرات گرمای شدید مقاوم تر کند و از سفید شدن آنها نیز جلوگیری کند. این امر برای خود مرجان‌ها که ارگانیسم‌های فوق‌العاده منحصربه‌فردی با گونه‌های متنوعی در سرتاسر سیاره هستند، بسیار مهم است.

همچنین به هزاران موجود آبزی که صخره‌های مرجانی را خانه می‌خوانند، از لاک‌پشت‌های دریایی در حال انقراض و کوسه‌های صخره‌ای گرفته تا دلقک‌ماهی‌هایی که الهام‌بخش Finding Nemo هستند، کمک می‌کند.

خلیج فارس گرمترین و شورترین دریاهای روی کره زمین را دارد که آن را به محیطی سخت برای مرجان‌هایی که در آنجا زندگی می‌کنند تبدیل می‌کند. امین محمد، محقق دانشگاه نیویورک ابوظبی و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح داد که ماه اوت، زمانی که دما در اوج خود است، به ویژه خشن است. گرمای شدید رابطه بین جانوران مرجانی و جلبک‌های همزیست آنها را از بین می‌برد و مرجان‌ها را گرسنگی می‌کشد و در رویدادهایی به نام «سفید شدن» به رنگ سفید شبح‌آمیزی در می‌آید. از آنجایی که تغییرات آب و هوایی باعث رایج‌تر شدن گرمای شدید می‌شود، صخره‌های بیشتر و بیشتری در سراسر جهان سفید می‌شوند و آنها را در معرض خطر قرار می‌دهند.

k از مردن در کل.

اما خود گرما همیشه داستان کامل را بیان نمی کند. حتی اگر دمای آب در خلیج فارس در تابستان 2016، زمانی که محمد و همکارانش اولین نمونه های مرجانی خود را جمع آوری کردند، به 34 درجه سانتیگراد (93.2 درجه فارنهایت) رسید، همه مرجان هایی که مورد مطالعه قرار گرفتند - یک مرجان سنگی در حال انقراض Acropora pharaonis - به همین ترتیب به گرما واکنش نشان ندادند.

محمد به من گفت: «ما دریافتیم که برخی از کلنی‌ها [از این گونه] به بیماری مرتبط با گرما به نام سندرم نوار سفید مبتلا شدند؛ اما کلنی‌های دیگری را یافتیم که سالم ماندند - بدون هیچ نشانه‌ای از بیماری - در همان دما. "بنابراین این ما را بسیار علاقه مند کرد تا بفهمیم چه چیزی در پس مکانیسم های سالم و پایدار نگه داشتن این [مرجان ها] وجود دارد."

هنگامی که آنها به دنبال پاسخی برای توضیح تفاوت بودند، دریافتند که کلنی های مرجانی مبتلا به این بیماری، باکتری Endozoicomonas را که در میکروبیوم خود زندگی می کردند، از دست داده بودند، در حالی که آنهایی که هنوز سالم بودند، دارای جمعیت سالمی از Endozoicomonas ساکن بودند. و وقتی دقیق‌تر نگاه کردند، متوجه شدند که باکتری‌ها کاری را انجام می‌دهند که باکتری‌ها معمولا انجام نمی‌دهند: آنها هورمون‌های تستوسترون و پروژسترون را تولید می‌کنند که در بسیاری از ارگانیسم‌های چند سلولی (از جمله ما انسان‌ها) وجود دارد، اما به ندرت در باکتری‌ها یافت می‌شوند.

مرجان‌ها معمولا فقط تستوسترون و پروژسترون را در هنگام تخم‌ریزی تولید می‌کنند که سالی یک بار اتفاق می‌افتد. و در طول موج گرمای دریایی، محمد گفت: "مرجان ها اصلا به رابطه جنسی فکر نمی کنند."

اما هورمون‌های تولید شده توسط باکتری‌ها برای تولید مثل استفاده نمی‌شوند: در عوض، محققان دریافتند، آنها به تنظیم سیستم ایمنی مرجان کمک می‌کنند. پروژسترون در این رویدادها مهم ترین از این دو است. به نظر می رسد که سیستم ایمنی مرجان را از چرخش خارج از کنترل و استفاده بیش از حد از انرژی مرجان جلوگیری می کند، که می تواند باعث شود پس از گذراندن گرما، آن را به حدی کاهش دهد که نتواند بهبود یابد.

ربکا وگا تربر، میکروبیولوژیست مرجانی و مدیر مؤسسه علوم دریایی در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، که به این مطالعه وابسته نبود، گفت: «این یک مطالعه واقعا هیجان‌انگیز و جالب است». او گفت: «فرضیه‌های زیادی در مورد آنچه که اجزای باکتریایی مرجان واقعا انجام می‌دهند وجود دارد، و در واقع نشان دادن آن گامی بسیار مهم به جلو است.» من همچنین ارتباط این مطالعه با استرس دما را که مهمترین عامل استرس زا در حال حاضر برای صخره های مرجانی است، دوست دارم.

این مطالعه پس از گزارش دیگری در ماه سپتامبر منتشر شد که نشان داد درمان صخره های مرجانی با باکتری های پروبیوتیک قبل از موج گرما در دریای سرخ به جلوگیری از سفید شدن کمک می کند. در حالی که در آن مطالعه از Endozoicomonas به عنوان یکی از باکتری‌های موجود در پروبیوتیک‌ها استفاده نشد، محمد گفت ممکن است منطقی باشد که بررسی کنیم که آیا گنجاندن آن در درمان‌های پروبیوتیک آینده می‌تواند اثربخشی آنها را بیشتر کند.

تربر همچنین گفت که محققان می توانند به تمرکز بر روی خود تستوسترون و پروژسترون فکر کنند - به هر حال، او اشاره کرد که سنتز هورمون ها بسیار آسان تر و ارزان تر از ایجاد فرهنگ های غول پیکر پروبیوتیک است - و استفاده از آنها برای درمان مرجان ها قبل از رویدادهای گرما. اما، او اشاره کرد، سرکوب پاسخ ایمنی در طول امواج گرما همچنین باعث می‌شود مرجان‌ها به راحتی به باکتری‌های فرصت‌طلب آلوده شوند که به جای کمک به آنها، به آنها آسیب می‌رسانند.

و اگر مرجان‌سازان این مسیر را طی کنند، ممکن است خود را در چرخه درمان مرجان با هورمون‌ها قبل از یک رویداد گرما بیابند و سپس به آنها آنتی‌بیوتیک بدهند تا باکتری‌های مضر مهاجم را دفع کنند.

تربر گفت: "فقط به این دلیل که فکر می کنید این چیز مهندسی زیستی عالی را دارید، به این معنی نیست که کار خواهد کرد." هنگامی که آن را اضافه می کنید، هیچ ایده ای ندارید که در دنیای واقعی چه اتفاقی می افتد. برای مثال، مشخص نیست که اگر مرجان‌ها تصمیم بگیرند مرجان را با هورمون‌ها درمان کنند، چه اتفاقی برای حیوانات دیگر منطقه می‌افتد یا اینکه آیا گونه‌های باکتریایی پس از استفاده از آنها تکامل می‌یابند (کمتر مفید یا بالقوه مضر می‌شوند). او گفت: "با این حال، این مقاله به ما ایده هایی در مورد مکانیسم هایی می دهد که می توانیم از آنها برای جلوگیری یا کاهش زوال مرجان ها استفاده کنیم."

"این علم جالبی است که به ما ایده های خوبی در مورد چگونگی حرکت رو به جلو می دهد."

همانطور که اوضاع پیش می‌آید، عوامل محرک امواج گرما و سفید شدن مرجان‌ها - یعنی انتشار سوخت‌های فسیلی که باعث تغییرات آب و هوایی جهانی می‌شوند - هنوز از بین نرفتند. تا زمانی که آنها این کار را انجام ندهند، به نظر می رسد ارزش کاوش روش های جدید، حتی اگر کمی غیرمتعارف باشد، برای کمک به زنده ماندن مرجان باشد.