Содержание статьи
КОРАЛЛЫ, морские колониальные кишечнополостные, главным образом из класса коралловых полипов, частично из класса гидроидных (гидрокораллы), отличающиеся способностью к образованию мощного – обычно известкового (из карбоната кальция), реже рогового – скелета, который сохраняется после смерти животного и способствует формированию рифов, атоллов и островов. Наиболее известны и важны с экологической точки зрения т.н. мадрепоровые (каменистые) кораллы, поскольку именно их рост приводит к образованию коралловых рифов и островов. Встречаются они почти исключительно в тропических и субтропических водах с температурой не ниже 21° С и на глубине не более 27 м. Основные места их распространения – Карибское море (Флорида, Багамские острова, Вест-Индия) и Индо-Тихоокеанская область, особенно зона к северо-востоку от Австралии (Коралловое море).
Полипы.
Кораллами обычно называют только скелет колонии, оставшийся после гибели множества мелких полипов. Как правило, они занимают чашевидные углубления, заметные на его поверхности. Форма этих полипов столбчатая, в большинстве случаев с диском на вершине, от которого отходят венчики щупалец. Полипы неподвижно закреплены на общем для всей колонии скелете и связаны между собой покрывающей его живой мембраной, а иногда и пронизывающими известняк трубками. Скелет секретируется наружным эпителием полипов, причем главным образом их основанием (подошвой), поэтому живые особи остаются на поверхности кораллового сооружения, а все оно непрерывно растет. Число участвующих в его образовании полипов также постоянно увеличивается путем их бесполого размножения (почкования). Кораллы размножаются и половым путем, образуя крошечные свободноплавающие личинки, которые в конечном итоге оседают на дно и дают начало новым колониям. Обычно днем полипы сжимаются, а ночью вытягиваются и расправляют щупальца, с помощью которых ловят различных мелких животных.
Кроме мадрепоровых кораллов, относящихся к подклассу шестилучевых коралловых полипов, заслуживают внимания и некоторые другие их группы. Т.н. жгучий коралл из класса гидроидных образует густые сплетения известковых ветвей, пронизанных миниатюрными порами. Красный, или благородный, коралл (Corallium ), коралл-органчик (Tubipora ) и ярко-голубой солнечный коралл (Heliopora ) относятся к подклассу восьмилучевых кораллов и отличаются от мадрепоровых присутствием у полипа восьми перистых щупалец, а не кратного шести их числа.
морские колониальные кишечнополостные, главным образом из класса коралловых полипов, частично из класса гидроидных (гидрокораллы), отличающиеся способностью к образованию мощного обычно известкового (из карбоната кальция), реже рогового скелета, который сохраняется после смерти животного и способствует формированию рифов, атоллов и островов. Наиболее известны и важны с экологической точки зрения т.н. мадрепоровые (каменистые) кораллы, поскольку именно их рост приводит к образованию коралловых рифов и островов. Встречаются они почти исключительно в тропических и субтропических водах с температурой не ниже 21° С и на глубине не более 27 м. Основные места их распространения Карибское море (Флорида, Багамские острова, Вест-Индия) и Индо-Тихоокеанская область, особенно зона к северо-востоку от Австралии (Коралловое море).
Полипы. Кораллами обычно называют только скелет колонии, оставшийся после гибели множества мелких полипов. Как правило, они занимают чашевидные углубления, заметные на его поверхности. Форма этих полипов столбчатая, в большинстве случаев с диском на вершине, от которого отходят венчики щупалец. Полипы неподвижно закреплены на общем для всей колонии скелете и связаны между собой покрывающей его живой мембраной, а иногда и пронизывающими известняк трубками. Скелет секретируется наружным эпителием полипов, причем главным образом их основанием (подошвой), поэтому живые особи остаются на поверхности кораллового сооружения, а все оно непрерывно растет. Число участвующих в его образовании полипов также постоянно увеличивается путем их бесполого размножения (почкования). Кораллы размножаются и половым путем, образуя крошечные свободноплавающие личинки, которые в конечном итоге оседают на дно и дают начало новым колониям. Обычно днем полипы сжимаются, а ночью вытягиваются и расправляют щупальца, с помощью которых ловят различных мелких животных.
Кроме мадрепоровых кораллов, относящихся к подклассу шестилучевых коралловых полипов, заслуживают внимания и некоторые другие их группы. Т.н. жгучий коралл из класса гидроидных образует густые сплетения известковых ветвей, пронизанных миниатюрными порами. Красный, или благородный, коралл (Corallium ), коралл-органчик (Tubipora ) и ярко-голубой солнечный коралл (Heliopora ) относятся к подклассу восьмилучевых кораллов и отличаются от мадрепоровых присутствием у полипа восьми перистых щупалец, а не кратного шести их числа.
Недостаток подвижности кораллы компенсируют долголетием. Это показали последние исследования, обнаружившие, что некоторые колонии этих существ возникли еще на заре человеческой цивилизации - более 4000 лет назад.
Коралловые полипы – настоящий феномен развития жизни на Земле. Их видимая часть образована преимущественно скелетом, общим для целой колонии биогерм, то есть известковых холмов на дне морей и озёр, образованных прикреплёнными организмами. Сами полипы прячутся в его складках, выставляя наружу только крохотные щупальца, которыми захватывают проплывающий планктон.
Несмотря на ошибочность термина, именно скелет колонии принято называть «кораллом», а по нему и скопление из сотен и тысяч симбиотов прозвали «коралловым рифом». Именно рост рифов лег в основу исследований ученых Техасского университета.
Для изучения были взяты два вида кораллов: золотистая Джерардия и черный (королевский) Леопатис. Сделав анализ их структуры, океанологи установили, что именно медленный рост является залогом долголетия коралловых образований. Чтобы измерить точный возраст Джерардии и Леопатиса, ученые применили радиоактивный анализ.
Для строительства своего убежища биогермы используют карбонат кальция. Его они умеют вырабатывать самостоятельно. После начала испытаний атомного оружия в 1950-ых годах, когда в мире появился «атомный углерод» - радиоактивный изотоп, проникший во все без исключения объекты в мире, строительный материал кораллов тоже приобрел толику радиации. Исследователи определили наличие подобного вещества в кораллах и установили, что изотопы присутствуют только в самом верхнем слое, имеющем толщину около 10 микрон.
Получается, что за прошедшие десятилетия коралловые полипы выросли только на такую высоту. Рассчитав среднегодовую скорость роста, ученые узнали и возраст каждого из образцов. Оказалось, что Джерардия живет уже более 2700 лет, а Леопатис еще больше – он разменял пятое тысячелетие. Это, конечно же, не срок жизни отдельно взятого полипа, а возраст кораллового остова.
Полученные результаты дали возможность узнать немного больше не только о процессе формирования коралловых рифов. Бренден Роарк, один из участников исследования считает, что, иследовав состав кораллов, можно получить более интересную информацию. Усовершенствовав системы анализа, ученые рассчитывают найти данные о крупных климатических изменениях на Земле, ведь они могли найти отражение в структуре образующего кораллы карбоната кальция.
Теперь, когда стал известен период, за который кораллы достигают размеров, подобных современным (высота Джерардии более пяти метров), техасские ученые обратились к мировому сообществу с просьбой объявить мораторий на добычу натуральных кораллов. «За время жизни одного поколения добыча кораллов многократно превосходит естественное восполнение, - говорит Роарк. - Мы ничего не знаем о том, как формируются колонии полипов, какими способностями к регенерации они обладают. Мы неоднократно находили очень молодые и маленькие коралловые колонии, так что долговременные мораторий может дать им шанс на выживание».
Коралловым рифам - одной из самых удивительных экосистем Земли - грозит исчезновение. Первый тревожный признак их неблагополучия - так называемое «обесцвечивание» (англ . bleaching), потеря цвета, вызванная тем, что полип отторгает своих симбионтов - одноклеточные водоросли рода Symbiodinium . Эти симбиотические водоросли (представители группы динофлагеллят) живут непосредственно в клетках полипа и играют важную роль в его питании. По некоторым оценкам, до 90% пищи кораллов приходится на органическое вещество, образуемое в результате фотосинтеза симбиотических водорослей. В ответ полип предоставляет водорослям укрытие, а также снабжает их дефицитными биогенными элементами (азотом и фосфором) и углекислым газом (источником углерода). При наблюдаемом сейчас повышении температуры приповерхностных вод, похоже, нарушается вся система взаимосвязей между организмом кораллового полипа и его симбионтами, и коралл начинает выбрасывать здоровые фотосинтезирующие клетки водорослей. Смогут ли кораллы и их симбионты приспособиться к изменившимся условиям, пока неясно.
В качестве первопричины обесцвечивания кораллов обычно указывают повышение температуры воды в поверхностных слоях водной толщи. Если это действительно так, то в условиях продолжающегося глобального потепления можно ожидать, что через 20–50 лет коралловые рифы вообще исчезнут с лица Земли. Однако Эндрю Бейрд (Andrew H. Baird) из Центра изучения кораллов при Университете Джеймса Кука (Таунсвилль, Австралия) в работе, выполненной совместно с коллегами из других научно-исследовательских учреждений Австралии, полагает, что пока у нас нет возможности прогнозировать будущее коралловых рифов. Причина - слабая изученность тонких физиологических взаимоотношений («взаимопонимания») между коралловыми полипами и их симбионтами. Но кое-какие результаты в этой области всё же достигнуты, и краткий их обзор Бейрд и его соавторы привели в последнем номере журнала Trends in Ecology and Evolution .
Начало обесцвечиванию может положить фотоингибрование (см.: Photoinhibition) - нарушение работы фотосинтетического аппарата симбионта, точнее - фотосистемы II », вызванное ультрафиолетом и видимым светом (в синей части спектра). Порог интенсивности освещения, при котором наступает фотоингибирование, может быть разным у разных видов водорослей, и, что очень важно, он может меняться, если организм находится в состоянии стресса. Под стрессом подразумевается неспецифическая ответная реакция организма на самые разные неблагоприятные внешние воздействия, в том числе и на подъем температуры.
Первый этап фотоингибирования - «окислительный стресс», то есть образование и накопление в клетках симбионтов реактивных форм кислорода (reactive oxygen species , ROS), которые могут серьезно нарушить нормальную работу клетки. Для защиты от реактивных форм кислорода существует специальная система антиоксидантов, и, если она сохраняет свою эффективность, реактивные формы кислорода в клетке не накапливаются. Если меры защиты оказываются недостаточно эффективными, и повреждения всё же происходят, то в дело вступает система репарации (починки), благодаря которой поврежденные молекулы белка могут быть заменены новыми.
Очевидно, что если коралловый полип защитит своих симбионтов от сильного света, он может предотвратить обесцвечивание, связанное с фотоингибированием. В частности, коралл может иметь собственные флуоресцирующие пигменты, которые поглощают видимый свет, а затем рассеивают его в виде свечения. Такие пигменты действительно часто встречаются у кораллов (на Большом Барьерном рифе их содержат 97% кораллов, растущих на мелководьях). Исследователи обнаружили также, что те группы коралловых полипов, которые характеризуются низким содержанием флуоресцирующих пигментов, как раз наиболее часто подвергаются обесцвечиванию. Остается, правда, неизвестным, насколько эффективно флуоресцирующие пигменты противостоят собственно тепловому, а не световому воздействию.
Организм симбионта, а заодно и хозяина, защищают также так называемые «микоспорин-подобные аминокислоты» (Mycosporine-like amino-acids), которые поглощают ультрафиолет, а затем рассеивают его в виде тепла. Хотя известно, что коралловые полипы сами не могут вырабатывать эти аминокислоты, а получают их от симбионтов или из заглоченной пищи, содержание их в теле коралла довольно высокое. Коралловый полип имеет и собственную антиоксидантную систему, а также белки теплового шока, помогающие клеткам нормально функционировать при повышении температуры выше нормы. Отмечено, что в кораллах, которые менее других подвержены обесцвечиванию, выше содержание белков теплового шока.
Хотя кораллы и получают почти всю необходимую пищу от автотрофных симбионтов, многие из них сохраняют способность заглатывать пищевые объекты через ротовое отверстие, подобно большинству других кишечнополостных. Те виды, которые способны к такому хищному (или, как его еще иногда называют, гетеротрофному) питанию, способны лучше переносить обесцвечивание. В то же время, если полип переходит на хищное питание, то его симбионты, становясь менее зависимым от хозяина, могут увеличить расходы на собственную защиту от реактивных форм кислорода и уменьшить повреждения.
Несмотря на некоторый прогресс в изучении проблемы обесцвечивания кораллов, многие моменты остаются непонятными. В частности, удивляет то, что отторжение симбионтов начинается при температуре, которая всего на 1–2°C превышает средний летний максимум. Многие организмы, зависящие от симбионтов (кораллы, актинии, губки), начинают погибать уже при температура 29–32°C, которая вовсе не является особо высокой для тропиков. Крупные водоросли спокойно переносят повышение температуры до 35°C, а температура, критическая для выживания тропических рыб, находится между 34,7 и 40°C. Не исключено, что именно симбиотические отношения нарушаются при повышении температуры.
В нормальных условиях симбионты выделяют сигнальные вещества, которые попадают на мембрану, образуемую хозяином для изоляции симбионта. Мембрана работает как медиатор, передающий эти сигналы. Если симбионты находятся в состоянии стресса, то их связь с полипом может нарушиться, что и приводит к отторжению полипом симбионтов или уничтожению собственных клеток, в которых живут симбионты.
Другой возможный вариант - это стресс самого кораллового полипа, нарушающий его способность контролировать численность симбиотических водорослей. Ведь в норме плотность популяции Symbiodinium внутри полипа стабильная и невысокая, хотя известно, что скорость размножения этих клеток значительно превышает скорость размножения клеток полипа. Известно, что в нормальных условиях существования клетки симбионтов, выталкиваемые полипом, как правило нарушенные. В то же время при обесцвечивании, вызванном высокой температурой, отторгаемые симбионты выглядят здоровыми и нормально фотосинтезирующими. Соответственно, возникает предположение, что в условиях стресса полип теряет способность различать поврежденные и здоровые клетки симбионтов.
В заключение статьи авторы подчеркивают, что, несмотря на значительный прогресс в изучении физиологических и молекулярно-биологических аспектов обесцвечивания кораллов, многое остается неясным. В частности, по-прежнему совсем неизвестна популяционная биология кораллов, что не дает возможности прогнозировать их динамику в связи с меняющимся климатом.
