Terumbu karang, habitat yang subur yang mungkin menjadi satu perempat daripada spesies lautan, sedang mati pada kadar yang membimbangkan. Projek Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu (PBB) memperlihatkan bahawa jika suhu laut meningkat seperti yang diramalkan, tiada satu pun dari 29 terumbu yang disenaraikan sebagai tapak warisan dunia UNESCO akan tetap menjadi ekosistem fungsional pada tahun 2100. Kemungkinan suram sedemikian telah mendorong saintis untuk mempersiapkan yang paling buruk dengan berfikir di luar kotak .
Dengan menggunakan penyelesaian antibeku yang sarat dengan zarah emas dan laser cepat-cair, pasukan yang berpangkalan di Hawaii mempunyai kriogenik beku dan berjaya mencairkan larva karang untuk kali pertama. Kejayaan ini dapat membolehkan biobanking spesies karang memelihara kepelbagaian terumbu karang di seluruh dunia. Cryogenics juga dapat membantu usaha pemulihan dengan mengekalkan larva larva karang beku, siap untuk mengisi semula terumbu mati atau mati.
"Kita boleh membekukan larva, kita boleh membawa mereka kembali, dan mereka hidup, " kata Mary Hagedorn, ahli biologi karang dari Institut Biologi Pemuliharaan Smithsonian (SCBI). Langkah-langkah seterusnya, dia nota, memastikan karang dapat berfungsi dengan baik di karang dan meningkatkan proses untuk bekerja pada banyak karang.
Imej-foto rahasia larva Hari 3 menunjukkan pendarfluor dari GFP (kiri) dan pengedaran zarah nanorod emas bersalut DyLight mengelilingi larva dalam cryoprotectant (kanan). (Institut Biologi Pemuliharaan Smithsonian) Penyelidikan bersama penulis Hagedorn yang baru-baru ini diterbitkan dalam Laporan Saintifik yang merinci bagaimana larva karang cendawan ( Fungia scutaria ) berjaya flash beku dan dihidupkan semula untuk berkembang secara normal dan berenang sehingga 12 jam. Para saintis akan teruja sekiranya terumbu karang yang dihancurkan di dunia dapat menikmati tindakan kedua yang berjaya.
Terumbu karang dan keanekaragaman hayati yang mereka tengok di bawah pengepungan dari iklim yang pesat berubah. Akibatnya yang meluas bahkan untuk manusia pendatang termasuk penurunan bekalan makanan dan erosi yang merusak pantai penduduk. Dan kematian terumbu utama bukan sekadar soal unjuran, mereka sudah menjadi kenyataan. Satu peristiwa pemutihan karang 2014-17 yang teruk menegaskan 75 peratus daripada terumbu dunia dan membunuh kira-kira 30 peratus karang di Karang Great Barrier yang terkenal. Episod sedemikian menjadi begitu kerap bahawa Penilaian Iklim Kebangsaan baru-baru ini menunjukkan pemutihan karang akan menjadi acara tahunan di Kepulauan Hawaii dan Samoa Amerika pada tahun 2040.
Coral boleh menyesuaikan diri dengan persekitaran yang berubah-ubah, tetapi di beberapa tempat lajunya terlalu cepat. Kemungkinan mengental dan reanimasi mereka boleh membantu untuk membeli sedikit masa.
Pewarnaan Phalloidin: Imej-imej mikroskopik fluoren sepanjang Wholemount daripada larva larva scutaria berwarna untuk actin. (Institut Biologi Pemuliharaan Smithsonian) Pembekuan karang terbukti agak mudah, kata Hagedorn. Larva itu hanya dilonggarkan ke dalam nitrogen cair selepas dirawat dengan sejenis "antifreeze" cryoprotectant khusus yang dibentuk untuk membantu mereka membekukan sekata tanpa membentuk kristal ais.
"Kristal ais betul-betul musuh kita, " katanya. "Mungkin terdapat beberapa nukleus kecil yang terbentuk semasa proses pembekuan dan anda boleh memikirkan mereka sebagai salji salji. Tetapi anda tidak mahu kepingan salji itu tumbuh menjadi lembing ais yang lebih besar yang memusnahkan sel-sel. "Sebaliknya, masalah kristal ais sebenarnya paling teruk semasa pemanasan spesimen beku.
"Bayangkan air, perlahan-lahan membeku, dan titik di mana beberapa kristal tiba-tiba tumbuh dengan cepat ke dalam pecahan es ketika ia membeku, " jelas Jonathan Daly, penulis utama di atas kertas dan orang pasca doktoral di SCBI dan Hawaii Institute of Marine Biologi. "Itu berlaku dalam julat suhu tertentu, dan anda melalui julat itu apabila anda menyejukkan tetapi juga apabila anda sedang panas."
Kebanyakan kematian sel berlaku semasa proses pemanasan, tetapi para saintis boleh menghalang kristal ais daripada terbentuk dengan melebur larva karang dengan cepat. Untuk mencapai kecepatan, tim menggunakan teknik yang Hagedorn mengasah pada embrio Zebrafish dengan satu-dua punch zarah emas padat dan cahaya laser.
Laser Hollywood mungkin cukup panas untuk menguap alien, tetapi versi makmal masih tidak dapat memindahkan haba dengan cepat dan sama rata untuk mencairkan embrio kecil tanpa bantuan. Jadi saintis memperkenalkan partikel-partikel nanogold yang diedarkan sepanjang penyelesaian antibeku, yang menyerap cahaya dari laser dan mengubahnya menjadi panas yang membawa karang berjaya keluar dari beku yang dalam. "Ia mencairkan dalam sekejap, " kata Daly.
Jonathan Daly cryopreserv larva karang. (Gary Cranitch / Yayasan Terumbu Karang Besar) Pembekuan karang yang berdaya maju mempunyai potensi untuk mengekalkan biodiversiti masa depan dengan memelihara seluruh genetik karang. "Kami tidak tahu bagaimana kami dapat menggunakan bahan ini dalam 100 tahun, tetapi melakukan ini sekarang sementara kami masih mempunyai banyak kepelbagaian terhadap terumbu, dan kehilangannya dengan cepat, sangat penting, " kata Hagedorn. Empat belas spesies sperma dan embrio karang yang dikumpulkan di Great Barrier Reef telah dibekukan di Zoo Western Plains Taronga, Australia dan sepuluh orang lain di Program Hidrolikologi Hewan Kebangsaan USDA di Fort Collins, CO.
Mereka yang sperma yang disimpan akan memerlukan pasangan dengan telur langsung, tetapi Madeleine van Oppen, Institut Sains Marin Australia dan University of Melbourne, mengatakan pencapaian ini mengubah permainan dengan menunjukkan keupayaan untuk membekukan organisme lengkap yang, semoga dapat dicairkan keluar untuk hidup dan berkembang.
"Ia sangat penting untuk memelihara kepelbagaian genetik semasa supaya pada masa akan datang kita dapat menggunakannya seperti bank benih yang telah dibangunkan untuk spesies tanaman, " lanjut van Oppen. "Orang boleh kembali dan membuat stok tanaman yang mungkin lebih tahan terhadap kemarau atau panas kerana mereka mempunyai bank kepelbagaian genetik yang membolehkan mereka melakukan itu. Jadi jika kita boleh melakukan sesuatu yang serupa dengan Global Seed Vault untuk batu karang, itu akan menjadi sangat kuat ke masa depan. "
Malangnya, masa depan itu belum lagi di sini. Kura-kura cendawan dibekukan kerana larvanya kecil dan mudah digunakan. Sekarang pasukan ini dicabar dengan mengutamakan segalanya dari komposisi antibeku ke tetapan laser supaya karang yang lebih besar, karang bangunan karang dapat dipelihara. "Kami fikir ia akan menjadi berskala, " kata Hagedorn.
Coral cendawan dewasa (F. scutaria). (Institut Biologi Pemuliharaan Smithsonian) Cabaran lain adalah meluaskan saiz operasi supaya ia dapat digunakan untuk pemulihan terumbu karang.
"Kita perlu pergi dari beratus-ratus pembekuan ini kepada ratusan ribu untuk mendapatkan karang untuk hidup di karang, " kata Hagedorn. Sekiranya bilangan larva sedemikian boleh dipelihara secara kriogenik, ia akan meningkatkan kemungkinan kadar pembiakan perlahan karang. Pemijahan karang berlaku hanya apabila keadaannya sempurna, sekali setahun, dan hanya beberapa hari.
"Sekiranya kita dapat membina repositori stok larva beku, kita boleh keluar dari peti ais apabila kita perlu memulihkan karang, yang boleh dilakukan pada bila-bila masa sepanjang tahun, jadi anda tidak terhad kepada acara pemijahan karang. Itu tentunya akan menjadi sangat hebat, "kata van Oppen. "Ini benar-benar benar jika anda boleh menggabungkannya dengan beberapa kerja yang sedang dijalankan untuk mencuba untuk membangunkan stok karang yang lebih toleran haba."
Memperbaiki karang sekali beku mungkin tidak membuktikan sangat berjaya di tempat-tempat di mana keadaan yang menyebabkan karang mati di tempat pertama masih berterusan. Tetapi jika persekitaran karang bertambah baik, atau jika manusia boleh mencipta karang yang lebih berdaya tahan terhadap keadaan masa depan, ada peluang yang baik kita akan mempunyai penduduk karang kriogenik yang cair dan berfungsi siap untuk mengambil kesempatan.
