Будущее кораллов под угрозой: что показывают рентгеновские исследования ученых

Летом СМИ по всему миру сообщили тревожную новость: океаны пересекли новую критическую черту. Из-за роста концентрации CO₂ вода становится всё более кислой, и это уже заметно по разрушению раковин морских улиток и ухудшению состояния коралловых скелетов. Для коралловых рифов, которые и без того страдают от перегрева моря, загрязнения и массового обесцвечивания, — это угроза существованию. Но как именно повышенная кислотность влияет на рост коралловых структур?

Ответ на этот вопрос искала международная команда учёных. Профессор морской биологии Тали Масс из Университета Хайфы (Израиль) и специалист по рентгеновской визуализации Пауль Заслански из берлинской клиники Charité провели уникальное исследование на источнике синхротронного излучения BESSY II. Их работа посвящена развитию скелета у «детёнышей» кораллов, выращенных при разном уровне кислотности океана. Результаты опубликованы в журнале Advanced Science.

Какие кораллы исследовали?
Учёные работали с личинками коралла Stylophora pistillata из Красного моря. Личинки были собраны во время ночного нереста в апреле 2020 года на небольшой глубине у побережья Эйлата. Затем их поместили в специализированные аквариумы-симуляторы, где создавались разные условия — от нормальной морской воды до сценария высокой кислотности, ожидаемого к концу XXI века при отсутствии климатических мер.

Этот прогноз известен как RCP8.5 — «пессимистичная траектория» глобального потепления, при которой температура может вырасти на 4 °C и выше, что приведёт к глубоким изменениям в океанах. Именно в таких условиях кораллы демонстрируют, насколько уязвимыми могут оказаться.

Как растёт коралловый скелет?
Один коралл — это крошечный организм, который формирует минеральный скелет из карбоната кальция. От качества этой структуры в раннем возрасте зависит его выживание и способность дожить до зрелых размеров.
Скелет состоит из двух элементов:
• RADs — центры кальцификации, зернистые образования из карбоната кальция
• TDs — пучки вытянутых кристаллов арагонита, создающие основную поддержку
До сих пор считалось, что RAD появляются первыми, а затем к ним «прирастают» TD.

Почему это важно?
Глубокое понимание биоминерализации кораллов позволяет оценить их шансы на выживание в будущем океане. Кроме того, знание принципов формирования столь сложных природных структур может подсказать идеи для создания новых материалов. И, конечно, такая информация нужна для разработки методов защиты рифов.

Как проводилось исследование?
На установке BAMline в центре BESSY II учёные использовали различные типы рентгеновской томографии — включая контрастную и высокоразрешающую — а также ИИ-анализ больших массивов данных. Дополнительно применялись:
• рентгеновская микротомография (µCT);
• сканирующая электронная микроскопия (SEM);
• рентгеновская дифракция (XRD);
• рентгеновская флуоресценция (XRF);
• моделирование Монте-Карло.

Это позволило увидеть, где и когда образуются разные минеральные фазы, и сравнить образцы, выращенные при нормальном и пониженном pH.

Что удалось обнаружить?
Результаты оказались неожиданными.
Главное открытие: RAD и TD формируются одновременно, а не последовательно, как считалось много лет. Это меняет научное представление о том, как кораллы строят свой скелет.

Однако различия между нормальными и кислых условиями значительны:
• при pH 7,6 (сильная кислотность) RAD развиваются хуже, что уменьшает стабильность скелета;
• и RAD, и TD в кислотной воде имеют более высокую плотность, что говорит о попытке организма компенсировать неблагоприятные условия.
Тем не менее усиленная плотность не компенсирует слабость структуры — коралл растёт менее устойчивым.

Есть ли у кораллов будущее?
Учёные делают осторожный прогноз: ситуация критическая. Хотя красноморские кораллы исторически проявляли высокую устойчивость к тепловым волнам, сочетание потепления + закисления может оказаться разрушительным.
Снижение pH напрямую ведёт к хрупкости ранних стадий кораллов — а значит, к падению выживаемости целых рифовых экосистем.
Профессор Масс подчёркивает:

«Мы срочно нуждаемся в эффективных климатических мерах. Без них самые мрачные сценарии могут воплотиться в реальность».