Новое исследование, проведенное в Лаборатории коралловых рифов Саутгемптонского университета, показало, что нарушение хрупкого баланса питательных веществ в море может дестабилизировать микробные сообщества, которые живут в гармонии с кораллами, и привести к развитию заболеваний. К разрушительным относится распространенная и крайне опасная болезнь черных полос (Black Band Disease, BBD), которая распространяется по поверхности кораллов, уничтожая их ткани и оставляя лишь голый скелет.
Хотя это и не единственная причина возникновения заболевания, команда выяснила, что 88% зарегистрированных случаев болезни произошли в регионах с сильно нарушенным балансом питательных веществ в морской воде. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Кораллы — это группа уникальных животных, которые живут в симбиозе с фотосинтезирующими микроводорослями. Вместе они образуют трехмерные структуры, известные как коралловые рифы, от которых зависит около 25% всего морского биоразнообразия.
Коралловые рифы в тропических морях находятся под растущей угрозой из-за изменения климата. Наряду с повышением температуры воды, застройкой прибрежных территорий, чрезмерным выловом рыбы и загрязнением окружающей среды в результате сельскохозяйственной и промышленной деятельности, их будущее также находится под угрозой.
Под руководством доцента Сесилии Д’Анджело из Саутгемптонского университета группа исследователей продемонстрировала, что нарушение баланса питательных веществ в морской воде, например дисбаланс азота и фосфора, приводит к разрушению хрупких микробных сообществ, обитающих вместе с кораллами. Микробы, живущие как внутри кораллов, так и на их поверхности, в совокупности называются «коралловым микробиомом».
«Когда баланс питательных веществ нарушается, взаимодействие между представителями кораллового микробиома начинает ослабевать, — говорит доктор Д’Анджело. — Это создает условия для распространения условно-патогенных микроорганизмов, которые вызывают заболевания».
С помощью лабораторных экспериментов исследователи продемонстрировали, что дисбаланс нитратов и фосфатов может способствовать образованию очагов поражения, подобных тем, что возникают при болезни «черных полос». Важно отметить, что микробные сообщества, вызывающие заболевание в лабораторных условиях, не только внешне напоминают своих реальных собратьев на рифах, но и содержат родственные виды микробов, которые оказывают разрушительное воздействие на кораллы.
Здоровые кораллы полагаются на сложные микробные сети, которые помогают им сохранять стабильность и противостоять инфекциям. Исследование показало, что дисбаланс питательных веществ в морской воде разрушает эти сети в лабораторных кораллах, снижая их связность и устойчивость.
По мере разрушения сетей количество условно-патогенных микроорганизмов, в частности темноокрашенных фотосинтезирующих цианобактерий, резко возрастает. Они образуют болезнетворные «микробные маты» — плотные, похожие на паутину структуры, покрывающие ткани кораллов. Вторичные патогены извлекают из этого выгоду и присоединяются к болезнетворным сообществам, усиливая повреждение тканей и способствуя распространению матов по поверхности кораллов.
Доктор Рафаэла Грейси, первый автор статьи, объясняет: «Поразительно, но многие микробы, вызывающие это заболевание, уже присутствовали в здоровых тканях кораллов до появления симптомов. Это говорит о том, что болезнь может возникать внутри самого организма, а не из-за внешней инфекции».
«Таким образом, исследование позволяет рассматривать болезнь кораллов как микроэкологический дисбаланс, а не просто как результат патогенной инвазии, — добавляет доктор Д’Анджело. — Это похоже на оппортунистические заболевания у людей, например грибковые инфекции, которые возникают из-за нарушения естественного микробиома человека в результате лечения антибиотиками».
Исследователи проанализировали глобальные данные о вспышках болезней кораллов с 2000 по 2023 год. Было обнаружено, что 88% из них произошли в регионах с сильно нарушенным балансом питательных веществ, и только 16% — в рифах, которые недавно подверглись тепловому стрессу.
«Подавляющее большинство вспышек болезни, вызываемой бактерией Bacteroides bivius, происходит на рифах, подверженных хроническому дисбалансу питательных веществ. Это указывает на то, что контроль качества воды может стать важнейшим инструментом для борьбы с болезнями рифовых кораллов в будущем», — говорит доктор Рафаэла Грейси.
Однако потепление Мирового океана по-прежнему представляет серьезную угрозу для выживания коралловых рифов, поскольку аномально высокие температуры могут привести к обесцвечиванию кораллов, которое является основной причиной сокращения их численности. Кроме того, повышение температуры морской воды может нарушить баланс питательных веществ, что приведет к биологическому обесцвечиванию кораллов.
Дисбаланс питательных веществ также может быть вызван деятельностью человека, в том числе сельскохозяйственными стоками и сбросом сточных вод. Сокращение таких нарушений и контроль уровня питательных веществ на местном уровне могут помочь стабилизировать микробиом кораллов и предотвратить их заболевания.
[Фото: M. Sweet/University of Derby]
