Kao i mi, korali udišu kiseonik i jedu organski ugljenik. I baš kao i mi, kao nusprodukt pretvaranja energije i kiseonika u telu, korali proizvode reaktivne vrste kiseonika (ROS), familiju hemijskih jedinjenja koja prirodno proizvode ćelije tokom ćelijske deobe, dok se bore protiv patogena i obavljaju druge fiziološke funkcije.
Ali do sada je bilo nepoznato da li zdravi, dubokomorski korali proizvode određeni tip ROS, koji se zove superoksid (O 2 •-). Superoksid je visoko reaktivan ROS poznat po tome što utiče na ekologiju okeana, fiziologiju organizama i pokretačku hemiju u okeanu, uključujući razlaganje ugljenika i biodostupnost metala i hranljivih materija.
Nedavna studija objavljena u PNAS Nekus-u otkriva, po prvi put, da dubokomorski korali i sunđeri zaista proizvode ROS superoksid, što znači da ove hemikalije imaju niz ranije nepoznatih efekata na život okeana i hemiju u dubokom moru. Autori dokazuju da ROS ne nastaju samo kao odgovor na stres, već i kao osnovni deo njegovog funkcionisanja.
U studiji, autori su izvršili direktna merenja superoksida u vodi koja je u neposrednoj blizini korala, dovodeći jedinstveni dubokomorski hemiluminiscentni senzor nazvan SOLARIS, u okean dubine preko 2.000 metara, na brodu Alvin.
„Ovo su prva merenja ove hemikalije ikada u dubokom moru“, rekla je Kolin Hansel, viši naučnik odeljenja za hemiju i geohemiju mora u Okeanografskoj instituciji Voods Hole (VHOI) i viši autor studije.
Otkrivanje superoksida u okeanu je jedinstveno izazovan zadatak koji je zahtevao saradnju, od hemije, preko fizike, do inženjerstva. Kao visoko reaktivno jedinjenje, superoksid traje samo nekoliko sekundi u vodi. Inženjeri VHOI Džejson Kapit, koautor rada, i Vilijam Pardis, zajedno sa Hanselom i pomoćnim naučnikom Skotom Vankelom, razvili su sistem SOLARIS kao robotski kontrolisan instrument koji može da uvlači vodu tačno na površinu korala.
Voda ide u detektorski štapić i meša se unutar komore, gde hemijska reakcija sa superoksidom proizvodi svetlost koja se može meriti u realnom vremenu. Tokom ove ekspedicije, pokreti štapa su kontrolisani Alvinovim mehaničkim rukama, a Kapit i Hansel su deo tročlanog tima koji su ronili unutar Alvina.
„Jedan fantastičan aspekt ovog projekta posebno je to što kombinuje nauku i inženjering na način koji je jedinstven za VHOI“, rekao je Kapit.
Prvi zaroni sa SOLARIS-om održani su u oktobru 2019. u Nacionalnom morskom rezervatu Monterei Bai na obali Kalifornije, gde su pronašli velike, zdrave korale koji žive u zaštićenom okeanskom okruženju. Ovo je pomoglo da se eliminiše mogućnost da se superoksid proizvodi isključivo kao odgovor na stres.
Prema Hanselu, korali koje su izmerili proizvodili su superoksid sa enzimom zvanim NOKS, koji pretvara kiseonik u superoksid van ćelija, što znači da je to verovatno fundamentalni deo njihovih redovnih životnih funkcija – bilo da raste, ili ga možda proizvodi da omami plen. . Dubokomorski korali u njihovoj studiji nemaju simbionte algi kao plitki korali – za koje je već poznato da proizvode ekstracelularne ROS i za koje se dugo pretpostavljalo da potiču od simbiotskih algi.
Ovi nalazi isključuju alge kao izvor superoksida i umesto toga ukazuju na to da su izvori sama koralna životinja ili njeni bakterijski simbionti. Bez daljih istraživanja, autori ne mogu u potpunosti da isključe da bi bakterije mogle da igraju ulogu u proizvodnji ROS, ali autori veruju da je to malo verovatno zbog prisustva NOKS u koralima koji se ovde proučavaju.
„U poslednjoj deceniji, posebno, postojale su brojne studije koje su počele da otkrivaju kako proizvodnja ekstracelularnih ROS poput superoksida može imati korisne aspekte za organizam“, rekla je Lina Taenzer, student zajedničkog programa, hemija i geohemija mora, i glavni autor studiju, koja se pridružila Hanselovoj laboratoriji u VHOI 2019. Takođe je zaronila u Alvina da meri superoksid sa SOLARIS-om.
„Fascinantno je da korali mogu regulisati ROS kako bi signalizirali drugim ćelijama i promenili način na koji funkcionišu i reaguju na okruženje“, rekao je Taenzer. „Takođe je zanimljivo u smislu posedovanja ćelijskog odbrambenog mehanizma.“ Na primer, ako je organizam pod invazijom patogena, oni mogu proizvesti jak oksidativni nalet. Ovo deluje kao vrsta hemijskog rata da se zaštite. Sa druge strane, prekomerna proizvodnja superoksida može imati štetne efekte na životinju i može razgraditi esencijalne proteine u telu i razbiti DNK.
Raznovrsnost vrsta je takođe bila važna. Tokom svog ronjenja u Alvinu, Taenzer je oportunističkim slučajem merila različite vrste, uključujući sunđere i morske zvezde.
„Postojao je aspekt istraživanja, a činjenica da smo koristili novi instrument koji nikada ranije nismo koristili učinila ga je zaista uzbudljivim i zadovoljavajućim“, rekao je Taenzer.
Iako još uvek mnogo toga ne znamo o tome kako dubokomorski korali funkcionišu i reaguju na svoje okruženje, ova studija pomaže da se rasvetli osnovne kontrole zdravlja i aktivnosti korala. I što više naučnici razumeju i dele, to preciznije mogu da predvide kako će koralni ekosistemi reagovati na zagrevanje mora i klimatske promene.
„Teško je modelirati kako će korali reagovati na promene u okeanskim uslovima, ako ne razumemo kako trenutno funkcionišu pod osnovnim uslovima“, rekao je Hansel. „Moramo da razumemo kako izgleda zdrav koral, kako izgleda bolestan koral i koji su neki od faktora koji kontrolišu zdravlje i fiziologiju ovih organizama.“
Dugoročni cilj je da se koristi SOLARIS za merenje korala, dubokomorskih sunđera i drugih organizama koji proizvode ROS u drugim regionima sveta kako bi se dobila potpunija slika o tome kako morski život utiče na hemiju okeana.
„Otkriće ovih visoko reaktivnih jedinjenja u dubokom okeanu takođe bi moglo da utiče na kruženje ugljenika, kruženje metala i mikrobnu ekologiju, da spomenemo samo neke. To je potpuna nepoznanica u ovom trenutku, ali je uzbudljivo razmišljati o tome na širem nivou“, Hansel rekao.
