احیای مرجان‌ها به روابط بین خود مرجان‌ها بستگی دارد

سرنوشت صخره‌های مرجانی جهان به عملکرد موجودات دریایی و چگونگی مجهزکردن فرزندان‌شان برای مقابله‌با پدیده‌ی گرم‌شدن کره‌ی زمین بستگی دارد. حدود نیمی از مرجان‌های جهان به دلیل گرم شدن دریاها که شرایط زندگی آن‌ها را به محیطی غیردوستانه بدل کرده است، از بین رفته‌اند. با بالاتر رفتن دمای هوا، مرجان‌ها به‌جای شکوفاتر و سرزنده‌تر، به‌تدریج ضعیف‌تر و رنگ‌پریده‌تر می‌شوند. این رویداد ناشی‌از هم‌زیستی این جانوران خاص با جلبک‌هایی است که فشار را بر آن‌ها بیشتر می‌کند. وقتی این اتفاق می‌افتد، مرجان‌ها رنگ و شریک زندگی خود را (که بیشتر انرژی و مواد غذایی خود را از طریق آن‌ها به دست می‌آورند، از دست می‌دهند و در نهایت، از گرسنگی می‌میرند.

با این حال، در آکواریوم دانشگاه USC در نزدیکی مرکز شهر لس آنجلس و در موسسه‌ی علوم دریایی استرالیا (Australian Institute of Marine Science) امیدهایی زنده شده است. زیست‌شناسان در این موسسه توانایی‌های غیرمعمول مرجان در دفع هم‌زیست‌های خود (کلونی‌های جلبک که داخل سلول‌های آن‌ها زندگی می‌کنند) را به‌عنوان مکانیسمی مقابله‌ای برای کسب برتری در یک محیط در حال تغییر مورد مطالعه و پژوهش قرار دادند. پژوهشگران برای اولین بار ثابت کردند که مرجان‌های بالغ می‌توانند توانایی دفع هم‌زیست خود را به فرزندان‌شان نیز منتقل کنند. این فرایندی است که علاوه بر انتقال سنتی DNA رخ می‌دهد و تا پیش از انجام این پژوهش‌ها در آزمایشگاه‌هایی در هر دو طرف اقیانوس آرام، دانشمندان هرگز چنین چیزی را مشاهده نکرده بودند.

کارلی کنکل، دانشیار رشته‌ی بیولوژی در کالج ادبیات، هنر و علوم USC دورنسیف (USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences) درباره‌ی کشف جدیدی که انجام داده‌اند، می‌گوید:

این موضوع به این دلیل برای ما اهمیت دارد که صخره‌های مرجانی کارهای زیادی برای ما انجام می‌دهند. صخره‌ها می‌توانند مانند یک موج‌شکن در برابر طوفان‌ها عمل کنند، مردم به پروتئین ماهی نیاز دارند و ما همه عاشق تنوع زیست محیطی هستیم و آن را زیبا می‌پنداریم.

یافته‌های حاصل از این پژوهش در یک مقاله‌ی پژوهشی در ژورنال Scientific Reports منتشر شد. دانشمندان از مدت‌ها پیش می‌دانستند که مرجان‌ها و جلبک‌ها بر اساس یک نظم دو جانبه با هم زندگی می‌کنند. این دو موجود زنده در قابل یک موجود به هم‌زیستی خود ادامه می‌دادند: یک حیوان پولیپ نرمتن شبیه به یک شقایق دریایی یا عروس دریایی و جلبکی که درون سلول‌های آن زندگی می‌کند. این موجود، ایمنی جلبک‌ها را تضمین و مواد لازم برای فتوسنتز آن‌ها را تهیه می‌کرد؛ جلبک، ضمن تولید اکسیژن، مواد زائد را حذف و انرژی موردنیاز مرجان را نیز تامین می‌کرد. مرجان‌ها از انرژی برای تولید کربنات کلسیم استفاده می‌کرد. کربنات کلسیم ماده‌ای سفت و سخت است که برای ساختن صخره استفاده می‌شود. جلبک‌ها هم رنگ زیبایی به مرجان‌ها می‌بخشیدند که آن‌ها را تبدیل به موجوداتی خاص، تماشایی و جذاب می‌کرد.

مرجان‌ها و جلبک‌ها تا زمانی دوستانه با هم زندگی می‌کنند که استرس‌های محیطی همکاری آن‌ها را مختل کند. هنگامی که این اتفاق بیفتد، برخی از مرجان‌ها مغلوب می‌شوند، در حالی که سایرین می‌توانند هم‌زیست خود را دفع کنند. ترجیح یک جلبک به دیگری بستگی به شرایط آب، رقابت یا مواد مغذی در دسترس دارد.

کنکل قطع همکاری بین مرجان‌ها و جلبک‌ها را نوعی طلاق شلوغ‌کارانه می‌نامد؛ اما این احتمال وجود دارد که فرزندان از این جدایی نفع ببرند. کنکل می‌خواست این را بداند که آیا مرجان‌های بالغ می‌توانند هم‌زیست‌های دفع‌شده‌ی خود را به بچه‌های خود منتقل کنند یا خیر. این کار نیاز به مهارت زیادی دارد؛ چراکه جلبک‌ها مستقل از هسته‌ی سلول زندگی می‌کنند و در نتیجه، بخشی از انتقال DNA هسته‌ای و انتقال والد به فرزند در زمان تولید مثل نیستند.

کنجکاوی کنکل، او را به دیواره‌ی بزرگ مرجانی (Great Barrier Reef) و جزیره‌ی اورفئوس (Orpheus Island) در نقطه‌ای دوردست در شمال شرقی استرالیا رساند؛ محلی که او با دانشمندانی از دانشگاه جیمز کوک (James Cook University) و موسسه‌ی علوم دریایی استرالیا (Australian Institute of Marine Science) ملاقات کرد. این گروه پژوهشی، مرجان‌های خاصی را موضوع پژوهش‌های خود قرار دادند؛ مرجان‌های مانتیپورا دیجیتاتا (Montipora digitate) که در غرب اقیانوس آرام و بخش‌های بزرگی از دیواره بزرگ مرجانی به تعداد زیاد دیده می‌شوند.

دانشمندان، روی دو فصل تخم‌ریزی متوالی تمرکز کردند: یک فصل در شرایط عادی و در سال ۲۰۱۵ و فصل دیگر، پدیده‌ی جهانی و دسته‌جمعی بلیچینگ (سفید شدن رنگ مرجان‌ها) در سال ۲۰۱۶.

دانشمندان با استفاده از تعیین توالی DNA، تلاش کردند تا دریابند که کدام مرجان توانایی دفع هم‌زیست خود را دارد و اینکه آیا این تغییر، در گامت‌ها نیز نمایان می‌شود یا خیر. آن‌ها دریافتند که تعداد و نوع سلول‌های جلبک سال اول و دوم، تفاوت فاحشی با یکدیگر دارند. این یافته، حاصل اندازه‌گیری تراکم سلولی و خروجی فتوسنتز آن‌ها بود. این یافته با یافته‌های پژوهش‌های دیگر یکسان است.

مرجان‌های مانیپورا دیجیتاتا این توانایی را دارند که در زمان تولیدمثل، جلبک‌ها را در تخم‌های خود بگنجانند. دانشمندان حین بررسی تخم‌های جمع‌آوری شده طی این سال‌ها به این نتیجه رسیدند که بازآرایی جوامع جلبک‌ها در بزرگسالان در تخم‌های مرجانی نیز منعکس شده است که نشان‌دهنده‌ی انتقال آن‌ها از والدین به فرزندان است.

در مقاله آمده است:

تا جایی که می‌دانیم، این اولین مدرکی است که نشان می‌دهد هم‌زیست‌های دفع‌شده ارتباط برقرار می‌کنند و می‌توانند توسط فرزندان ارث برده شوند و از این فرضیه حمایت می‌کند که دفع در جوامع میکروبی، می‌تواند به‌عنوان مکانیسمی برای سازگاری سریع مرجان‌ها با شرایط محیطی در حال تغییر عمل کند.

به احتمال زیاد این روند شبیه عملکرد DNA میتوکندری در انسان باشد. در این قیاس، میتوکندری – یک واحد تولید انرژی داخل سلول، اما خارج از هسته – مواد ژنتیکی شبیه به فرزندان دارد و از طریق مادر منتقل می‌شود. با این حال، پژوهشگران موفق به شناسایی هیچ مکانیسمی برای انتقال این موارد در مرجان‌ها مشاهده نکردند. آن‌ها مشغول انجام پژوهش‌هایی برای یافتن پاسخی برای سوال هستند.

یافته‌ها حاکی از آن است که مرجان‌ها سازگارپذیرتر از آنچه فکر می‌شد، هستند. چگونه چنین چیزی ممکن است؟

با گرم‌تر شدن آب اقیانوس‌ها، مرجان‌ها با چالش بزرگی روبه‌رو هستند. طبق گزارش سازمان ملل متحد، صخره‌های مرجانی جهان در کانون تاثیرات تغییرات اقلیمی و مرگ گونه‌های مختلف قرار دارند. اگر دمای جهان ۰٫۹ درجه‌ی فارنهایت بیشتر از دمای فعلی گرم شود (که احتمال آن بعید هم نیست)، ۷۰ تا ۹۰ درصد از صخره‌های مرجانی از بین خواهند رفت. بنا بر همین گزارش، ۱٫۸ درجه گرم‌تر شدن نیز به‌معنی مرگ ۹۹ درصد از کل مرجان‌های دنیا خواهد بود.

در برخی از مناطق، هم‌اکنون نیز خطر زیادی مرجان‌ها را تهدید می‌کند. به‌عنوان مثال، موسسه‌ی اسمیتسونیات (Smithsonian Institution) اعلام کرده است که ۸۰ درصد از مرجان‌های دریای کاراییب در سه دهه‌ی گذشته از بین رفته‌اند.

کنکل می‌گوید:

مرجان‌ها مکانیسم‌های بیشتری نسبت‌به آنچه فکر می‌کردیم برای مقابله با تغییرات اقلیمی دارند؛ اما آن‌ها با شمشیری کوچک به جنگ دشمنی که مانند یک تانک به نظر می‌رسد، رفته‌اند. شاید انعطاف‌پذیری آن‌ها کافی نباشد. آن‌ها برای سازگارشدن نیاز به زمان دارند.

پژوهشگرانی مانند کیت ام. کویگلی از موسسه‌ی علوم دریایی استرالیا، بت ال. ویلیس از دانشگاه جیمز کوک استرالیا و کنکل از کالج یو اس سی دورنسیف در این پروژه مشارکت داشتند. بودجه‌ی آن نیز توسط کمک‌های مالی بنیاد علوم ملی ایالات متحده (U.S. National Science Foundation) به شماره‌ی DBI-1401165 و شورای پژوهش‌های استرالیا (Australian Research Council) به شماره‌ی CE1401000020 تامین شد.