Микробы в воде предупредят о здоровье коралловых рифов

Коралловые рифы по всему миру существуют в тесной связи с микроскопическими организмами. Именно микроскопические водоросли, обитающие в тканях кораллов, не только придают им яркую окраску, но и снабжают питательными веществами. Вода, окружающая рифы, также представляет собой настоящий «микробный суп» из бактерий, архей и других микроорганизмов, которые чутко реагируют на изменения в среде обитания и могут служить индикаторами здоровья всей экосистемы.

Новое исследование, опубликованное в журнале Cell Reports Sustainability учеными Эми Эприлл из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) и Дженнифер Л. Салерно из Университета Джорджа Мейсона, подробно описывает ценность этих окружающих микробных сообществ для мониторинга и сохранения коралловых рифов. В работе показано, как сбор и анализ проб воды на наличие определенных микробов может быть полезен не только микробиологам и исследователям рифов, но и тем, кто непосредственно отвечает за управление и сохранение рифовых экосистем: управляющим морскими парками, природоохранным некоммерческим организациям, командам по восстановлению и политикам.

«Учет микробного фактора очень помогает лучше понять общее состояние рифа», – поясняет Эприлл. «Моя команда получила более десятка подробных наборов данных, демонстрирующих эти связи. Наша цель в этой новой статье – сделать эти знания доступными для программ и людей, заинтересованных в использовании микробов для диагностики здоровья рифов и состояния океана».

По сравнению с визуальными наблюдениями, анализ микроорганизмов в воде дает более оперативную и детализированную картину состояния рифов и населяющих их организмов. В публикации представлен подробный обзор лучших подходов, примерные расчеты затрат и рекомендации, которые позволят организациям и специалистам по охране природы легко применять эти методики.

Бактерии и археи являются самыми многочисленными микробами в рифовых средах. Они реагируют на химический состав окружающей среды, такой как питательные вещества и микроэлементы, а также на физические свойства воды: насыщенность кислородом, температуру, pH и освещенность. Присутствие определенных микробов может указывать на конкретные условия в воде. Например, наличие кишечной палочки (E. coli) часто свидетельствует о загрязнении ближайших территорий бытовыми или животными отходами, что является плохим знаком для здоровья рифа. С другой стороны, обилие распространенных фотосинтезирующих микроорганизмов может быть положительным признаком.

«Полезность использования микробов в качестве значимых индикаторов возрастает по мере углубления нашего понимания их роли в поддержании или дестабилизации здоровья и функционирования экосистем», – отмечает Салерно. «Я думаю, у нас есть научная база и доступные технологии, чтобы применять более тонкий подход к сохранению коралловых рифов, управлению ими и принятию политических решений, внедряя подобные диагностические инструменты».

Неинвазивный отбор проб воды может проводиться различными способами, различающимися по стоимости и технической сложности, что делает его доступным для разных заинтересованных сторон. Аналогично, изучение микроорганизмов возможно с помощью различных методов, также варьирующихся по сложности и затратам – от использования флуоресцентного микроскопа до выделения ДНК и РНК для получения более подробных данных. В своей работе Салерно и Эприлл также призывают к стандартизации методов и координации между учеными и организациями для обеспечения успеха крупномасштабной программы мониторинга. Они также предоставляют рекомендации о том, «где» и «когда» отбирать пробы на рифовых участках, основываясь на предыдущих исследованиях и опыте.

«В связи с упадком коралловых рифов и возросшим вниманием к таким мерам вмешательства, как восстановление или реконструкция рифов, важно использовать все доступные инструменты для помощи в восстановлении, управлении и сохранении рифовых экосистем», – подчеркивает Эприлл.

Знания о микробных сообществах рифов, включая численность микробов в воде, состав и разнообразие микробного сообщества, могут предоставить диагностический «снимок» конкретной системы и, при регулярном отборе проб, показать, как она меняется со временем. В конечном счете, Эприлл и Салерно стремятся сделать эти знания широко доступными и зафиксированными в банках данных с открытым доступом. Таким образом, по мере роста баз данных о микроорганизмах рифовых вод, «можно будет применять подходы машинного обучения» для получения дополнительной информации о динамике взаимодействия микробов и коралловых рифов, а «изученные закономерности на основе глобальных данных могут быть использованы для разработки индекса здоровья рифовых вод на основе микробов», – говорится в статье.

«Как ученые, изучающие коралловые рифы, мы очень хорошо умеем отслеживать изменения и иногда определять коренные причины наблюдаемых нами изменений на рифе. Мы не так хорошо разбираемся в смягчении последствий и скоординированных ответных мерах на возникающие угрозы, но я бы сказала, что как сообщество мы совершенствуемся», – комментирует Салерно. «Если мы сможем лучше прогнозировать возникающие угрозы с помощью диагностических инструментов, возможно, мы также сможем лучше предотвращать их воздействие на рифы. Учитывая, что коралловые рифы по всему миру страдают от изменения климата, как никогда важно понимать и повышать их устойчивость на местном уровне».

Последние два года принесли одни из самых серьезных когда-либо зарегистрированных событий обесцвечивания кораллов – когда кораллы из-за теплового стресса и других факторов окружающей среды изгоняют свои микроскопические водоросли. Поскольку океан продолжает поглощать избыточное тепло из-за усугубляющегося изменения климата, будущее многих коралловых экосистем находится под угрозой. Наличие как можно большего количества решений и инструментов для защиты этих важнейших морских систем, которые являются домом для большего биоразнообразия, чем где-либо еще в океане, имеет решающее значение, поясняет Эприлл.

«Нам необходимо предоставить как можно больше практической и доступной информации людям, принимающим решения», – говорит Эприлл. «Я думаю, эти микробы могут расширить наши знания об экосистеме и усовершенствовать нашу систему принятия решений. Я хочу, чтобы люди воодушевились этой идеей, и чтобы существующие программы мониторинга коралловых рифов и управляющие агентства поняли, как это может изменить их работу к лучшему».