'We hebben koralen gekweekt die beter bestand zijn tegen dodelijke hittegolven'

Selectieve kweek werkt, maar snelle klimaatactie is nog steeds nodig om riffen te redden, rapporteren LIAM LACHS, ADRIANA HUMANES en JAMES GUEST van de Universiteit van Newcastle

Onze onderzoeksgroep heeft koralen gekweekt die beter bestand zijn tegen hittegolven in zee. Ons werk, nu gepubliceerd in Nature Communicationstoont aan dat het mogelijk is om de hittetolerantie van koraal te verbeteren, zelfs binnen één generatie.

We deden dit met behulp van selectief fokken: een techniek die al duizenden jaren door mensen wordt gebruikt om dieren en planten met gewenste eigenschappen te produceren. Selectief fokken is hoe mensen wolfachtige honden in Sint-Bernards, chihuahua's en alles ertussen.

Selectieve fokkerij wordt nu gezien als een hulpmiddel voor natuurbehoud, met name voor koraalriffen. Het Coralassist Lab (waar wij deel van uitmaken) en het Palau International Coral Reef Centre hebben specifiek gewerkt aan het overleven van koraalhittegolven. Onze laatste resultaten zijn het hoogtepunt van zeven jaar werk.

Hittegolven in zee veroorzaken massale koraalverbleking en -sterfte, waarbij 2023-2024 is uitgeroepen tot de periode waarin de zeehitte zich zal ontwikkelen. vierde wereldwijde massableekgebeurtenisMethoden voor geassisteerde evolutie, zoals selectief fokken, zijn erop gericht de natuurlijke aanpassing te stimuleren om zo tijd te winnen voor koralen onder invloed van klimaatverandering.

Toch was de verbetering in hittetolerantie van onze selectief gekweekte koralen bescheiden vergeleken met de intensiteit van de mariene hittegolven die we in de toekomst verwachten.

Hoewel selectief fokken haalbaar is, is het waarschijnlijk geen wondermiddel. We zullen de oorzaak van massale koraalverbleking nog steeds moeten aanpakken door de uitstoot van broeikasgassen te verminderen om opwarming te beperken en programma's voor geassisteerde evolutie de tijd te geven om effect te hebben.

Hoe koralen te kweken die bestand zijn tegen hitte

De eerste stap was om de hittetolerantie van veel potentiële ouderkoralen op het rif te bepalen. Vervolgens kozen we specifieke individuen om twee afzonderlijke families van nakomelingen te fokken, geselecteerd op hoge of lage hittetolerantie. We hebben deze nakomelingen drie tot vier jaar grootgebracht totdat ze reproductieve volwassenheid bereikten, en vervolgens hun hittetolerantie getest.

We hebben selectieve fokproeven uitgevoerd voor twee verschillende eigenschappen: de tolerantie voor een korte, intense hitteblootstelling (temperaturen die 3.5°C boven normaal liggen gedurende tien dagen) of een minder intense, maar langdurige blootstelling die kenmerkender is voor natuurlijke mariene hittegolven (2.5°C boven het gemiddelde gedurende een maand).

Hierdoor konden we de erfelijkheid van elke eigenschap, de reactie op selectief fokken en of beide eigenschappen een gemeenschappelijke genetische basis hebben, inschatten.

Door ouders te selecteren op een hoge hittetolerantie in plaats van een lage hittetolerantie, verbeterde de tolerantie van hun volwassen nakomelingen voor beide geteste eigenschappen.

De erfelijkheid was ongeveer 0.2 tot 0.3 op een schaal van 0 tot 1, wat betekent dat ongeveer een kwart van de variabiliteit in hittetolerantie van nakomelingen te wijten was aan genen die van hun ouders werden doorgegeven. Met andere woorden, deze eigenschappen hebben een substantiële genetische basis waarop natuurlijke en kunstmatige selectie kan werken.

We meten cumulatieve hittestress en -tolerantie in termen van graden-opwarmingsweken (°C-weken), wat zowel weergeeft hoe warm het wordt als hoe lang het duurt. Gezien de eigenschapvariabiliteit geïdentificeerd in deze specifieke koralenIn theorie zou de hittetolerantie binnen één generatie met ongeveer 1°C-week kunnen worden verbeterd.

Maar zelfs dit niveau van verbetering is misschien niet genoeg om gelijke tred te houden met steeds intensere hittegolven. Afhankelijk van klimaatactie zal de intensiteit van hittegolven naar verwachting in de komende decennia met ongeveer 3°C-weken per decennium, sneller dan de verbetering die in ons onderzoek werd bereikt.

Interessant genoeg bleken koralen die selectief waren gekweekt op een hoge tolerantie voor korte hittestress, in plaats van een lage tolerantie voor korte hittestress, niet beter te overleven bij langdurige blootstelling aan hittestress.

Omdat er geen genetische correlatie is gevonden, is het aannemelijk dat deze eigenschappen worden aangestuurd door onafhankelijke sets genen. Koralen die goed zijn in het overleven van kortdurende, heftige hittestress, zijn niet per se de beste in het overleven van langdurige hittegolven in zee.

Dit zou belangrijke implicaties hebben, omdat werk als dit zou profiteren van goedkope en snelle testen die effectief hittebestendige kolonies kunnen identificeren voor de kweek. Als deze testen echter niet kunnen voorspellen welke koraalkolonies maandenlange hittegolven zullen overleven, vormt dit een serieuze uitdaging.

Opschaling van selectieve fokkerij

Omdat het mogelijk is om koralen selectief te kweken voor een verhoogde hittetolerantie, is de volgende stap om grootschalige proeven in het wild uit te voeren. Hiervoor zijn waarschijnlijk aanzienlijke aantallen selectief gekweekte koralen nodig die moeten worden ingezet, misschien door koraallarven direct op riffen te zaaien of koralen te planten die in een aquacultuurfaciliteit zijn gekweekt.

Om dit te laten werken, moeten uitgeplante koralen zelf reproductief worden en bijdragen aan de genenpoel van de wilde populatie. Dit op zeer grote schaal doen zal een uitdaging zijn, maar het is misschien niet nodig om de koraalbedekking van grote gebieden aan te vullen.

In plaats daarvan zou het voldoende kunnen zijn om een ​​netwerk te creëren van minder strategisch gelegen larvale productiehubs, die selectief gekweekte koralen bevatten met hoge dichtheden om het succes van de bevruchting te maximaliseren. Deze hubs zouden dienen om andere riffen te zaaien en zouden verdere kweekvoorraad kunnen leveren voor gerichte acties.

Er is nog veel meer onderzoek en ontwikkeling nodig, terwijl er nog veel kritische vragen onbeantwoord blijven.

Hoeveel koralen moeten worden uitgeplant om het gewenste effect te bereiken? Kunnen we garanderen dat er geen compromissen zijn die de populaties in gevaar kunnen brengen (bewijs tot nu toe suggereert dat dit geen groot risico is)? Hoe kunnen we verdunning van geselecteerde eigenschappen vermijden als ze eenmaal aan het wild zijn toegevoegd? Hoe kunnen we de respons op selectie maximaliseren?

Gezien het tempo waarin de oceaan opwarmt, optimalisatie en implementatie van ondersteunde evolutie zal snel moeten gebeuren om een ​​kans op succes te hebben, zelfs als het maar op kleine schaal is. Bovenal is het voortbestaan ​​van koraalriffen nog steeds afhankelijk van urgente klimaatactie.

Heb je geen tijd om zoveel over klimaatverandering te lezen als je zou willen? Ontvang in plaats daarvan ons bekroonde wekelijkse overzicht in uw inbox. Elke woensdag schrijft de milieuredacteur van The Conversation Imagine, een korte e-mail die wat dieper ingaat op slechts één klimaat kwestie. Sluit u aan bij de ruim 35,000 lezers die zich tot nu toe hebben geabonneerd.

Ook op Divernet: WETENSCHAPPERS ONTDEKKEN HITTETOLEERBARE KORALEN DIE IN HET ZICHT VERBORGEN ZIJN, GROTE HITTEBESTENDIGHEIDSVERHOGING VAN SECORE'S SUPER-KORALEN, AFGELEGEN PACIFIC KORAALRIF TOONT ​​ENIG VERMOGEN OM MET OPWARMING VAN DE OCEAAN OM TE GAAN, ONZE DIGITALE 3D-MODELLEN KUNNEN HELPEN OM ENORME KORAALRIFTEN TE LATEN HERLEVEREN