Poiché il cambiamento climatico e l’inquinamento mettono in pericolo le barriere coralline, gli scienziati stanno cercando di ripopolare i futuri oceani

Le barriere coralline sono alcune di queste ecosistemi più antichi e diversificati sulla Terra e tra i più preziosi.Nutrono Il 25% di tutta la vita oceanica, proteggere le coste dalle tempeste e aggiungi miliardi di dollari all'anno all’economia globale attraverso la loro influenza sulla pesca, sui nuovi prodotti farmaceutici, sul turismo e sulle attività ricreative.

Oggi le barriere coralline del mondo si stanno degradando tassi senza precedenti a causa dell'inquinamento, della pesca eccessiva e selvicoltura distruttiva E pratiche minerarie a terra.Il cambiamento climatico causato dalle attività umane lo è riscaldando e acidificando l’oceano, innescando ciò che potrebbe essere il più grande evento di sbiancamento dei coralli mai registrato.Sotto queste pressioni combinate, gli scienziati prevedono che la maggior parte dei coralli potrebbe estinguersi nel giro di poche generazioni.

Sono un biologo marino allo Smithsonian Istituto nazionale di zoo e biologia della conservazione.Per 17 anni ho lavorato con i colleghi per creare un programma scientifico globale chiamato the Iniziativa per il recupero della barriera corallina che mira a contribuire a salvare le barriere coralline utilizzando il scienza della crioconservazione.

Questo nuovo approccio prevede la conservazione e il raffreddamento dello sperma e delle larve dei coralli cellule germinali, a temperature molto basse e trattenendoli biorepository governativi.

Questi depositi rappresentano un’importante copertura contro l’estinzione dei coralli.Gestiti in modo efficace, possono aiutare a compensare le minacce alle barriere coralline della Terra su scala globale.Queste risorse congelate possono essere utilizzate oggi, tra 10 anni o addirittura tra 100 anni per aiutare a riseminare gli oceani e ripristinare le barriere coralline viventi.

Congelato vivo al sicuro

La crioconservazione è un processo per congelare materiale biologico mantenendone la vitalità.Si tratta dell’introduzione di sostanze simili allo zucchero, chiamate crioprotettori, nelle cellule per aiutare a prevenire la formazione letale di ghiaccio durante la fase di congelamento.Se eseguite correttamente, le cellule rimangono congelate e vive nell'azoto liquido, invariate, per molti anni.

Molti organismi sopravvivono durante gli inverni freddi in natura diventando naturalmente crioconservati quando le temperature nei loro habitat scendono sotto lo zero. Due esempi comuni in tutto il Nord America sono tardigradi – animali microscopici che vivono nei muschi e nei licheni - E rane di legno.

Oggi, le tecniche di crioconservazione dei coralli si basano in gran parte sperma congelato e larve.Dal 2007 ho formato molti colleghi nella crioconservazione dei coralli e ho lavorato con loro per preservare con successo lo sperma dei coralli.Oggi disponiamo di sperma di oltre 50 specie di coralli conservati nei biorepository di tutto il mondo.

Abbiamo utilizzato questo sperma crioconservato per produrre nuovo corallo nei Caraibi attraverso un processo di allevamento selettivo chiamato flusso genico assistito.L’obiettivo era utilizzare sperma crioconservato e incrociare coralli che non si sarebbero necessariamente incontrati: una sorta di matchmaking a distanza.

La diversità genetica viene mantenuta combinando il maggior numero possibile di genitori diversi per produrre nuova prole prodotta sessualmente.Poiché i coralli sono cementati sul fondale marino, quando il numero della popolazione nella loro area diminuisce, nuovi individui possono essere introdotti tramite crioconservazione.La speranza è che queste nuove combinazioni genetiche possano avere un adattamento che aiuti i coralli a sopravvivere ai cambiamenti nel futuro riscaldamento degli oceani.

Questi studi assistiti sul flusso genetico hanno prodotto 600 nuovi individui geneticamente assortiti del corallo elkhorn minacciato Acropora palmata.All'inizio del 2024, ci sono solo circa 150 individui di alce lasciati allo stato brado nella popolazione della Florida.Se ne avessero la possibilità, questi coralli allevati selettivamente e tenuti in cattività potrebbero aumentare significativamente il pool genetico degli alci selvatici.

La conservazione degli spermatozoi e delle larve rappresenta un’importante garanzia contro la perdita di biodiversità e l’estinzione delle specie.Ma possiamo raccogliere questo materiale solo durante eventi di deposizione delle uova fugaci quando i coralli rilasciano uova e sperma nell'acqua.

Questi episodi si verificano nell’arco di pochi giorni all’anno: una piccola finestra temporale che pone sfide logistiche a ricercatori e ambientalisti e limita la velocità con cui possiamo con successo crio-bancare le specie di coralli.

A complicare ulteriormente le cose, il riscaldamento degli oceani e le sempre più frequenti ondate di caldo marino possono stressare biologicamente i coralli.Ciò può rendere il loro materiale riproduttivo troppo debole per resistere ai rigori della crioconservazione e dello scongelamento.

Aumentare il salvataggio

Per raccogliere più velocemente il materiale dei coralli, stiamo sviluppando un processo di crioconservazione di frammenti interi di corallo, utilizzando un metodo chiamato vetrificazione isocora.Questa tecnica è ancora in fase di sviluppo.Tuttavia, se avrà pieno successo, preserverà interi frammenti di corallo senza causare la formazione di ghiaccio nei loro tessuti, producendo così frammenti vitali dopo che si saranno scongelati che prospereranno e potranno essere rimessi sulla barriera corallina.

Per fare ciò, disidratiamo il frammento esponendolo a un cocktail viscoso di crioprotettore.Quindi lo mettiamo in un piccolo cilindro di alluminio e immergiamo il cilindro in azoto liquido, che ha una temperatura di meno 320 gradi Fahrenheit (meno 196 gradi Celsius).

Questo processo congela il contenuto della bombola così velocemente che il crioprotettore forma un vetro trasparente invece di consentire lo sviluppo di cristalli di ghiaccio.Quando vogliamo scongelare i frammenti, li mettiamo a bagnomaria per qualche minuto, quindi li reidratiamo in acqua di mare.

Usando questo metodo, possiamo raccogliere e crioconservare frammenti di corallo tutto l’anno, poiché non dobbiamo aspettare e stare attenti a fugaci eventi di deposizione delle uova.Questo approccio accelera notevolmente i nostri sforzi di conservazione.

Per proteggere il maggior numero possibile di specie sarà necessario espandere e condividere la nostra scienza per creare materiale corallino robusto crioconservato e scongelato attraverso molteplici metodi.Io e i miei colleghi vogliamo che la tecnologia sia semplice, veloce ed economica in modo che qualsiasi professionista possa replicare il nostro processo e aiutarci a preservare i coralli in tutto il mondo.

Abbiamo creato un programma di crio-addestramento sui coralli basato su video che include indicazioni per costruendo semplici crio-congelatori stampati in 3D, e hanno collaborato con ingegneri per sviluppare nuovi metodi che ora consentono di congelare centinaia di larve di corallo reti metalliche semplici ed economiche.Questi nuovi strumenti consentiranno ai laboratori di tutto il mondo di accelerare in modo significativo la raccolta di coralli in tutto il mondo entro i prossimi cinque anni.

Salvaguardare il futuro

Recenti modelli climatici stimano che, se le emissioni di gas serra continueranno senza sosta, il 95% o più dei coralli del mondo potrebbero subire danni potrebbe morire entro la metà degli anni ’30.Ciò lascia poco tempo prezioso per conservare la biodiversità e la diversità genetica delle barriere coralline.

Un approccio, già in atto, è quello di affidare tutte le specie di coralli alla cura dell’uomo.Lo Smithsonian fa parte del Alleanza per la biobanca dei coralli, una collaborazione internazionale per conservare i coralli raccogliendo colonie vive, scheletri e campioni genetici e utilizzando le migliori pratiche scientifiche per aiutare a ricostruire le barriere coralline.

Ad oggi, oltre 200 specie di coralli, su circa 1.000 specie conosciute di coralli duri, e migliaia di colonie sono sotto la tutela dell'uomo presso istituzioni di tutto il mondo, comprese organizzazioni legate agli Stati Uniti.e armi europee del Associazione degli zoo e degli acquari.Sebbene si tratti di cloni di colonie selvatiche, questi individui potrebbero essere inseriti in sistemi di allevamento dei coralli che potrebbero essere utilizzati per la successiva crioconservazione delle loro larve geneticamente assortite.In alternativa, le loro larve potrebbero essere utilizzate per progetti di ripristino della barriera corallina.

Fino a quando il cambiamento climatico non sarà rallentato e invertito, le barriere coralline continueranno a degradarsi.Garantire un futuro migliore alle barriere coralline richiederà la creazione di biodeposito di coralli, la creazione di vivai a terra per ospitare colonie di coralli e sviluppare nuovi coloni larvali e la formazione di nuovi crio-professionisti.

Per decenni gli zoo hanno utilizzato allevamento in cattività e reintroduzione per proteggere le specie animali che sono scese a livelli criticamente bassi.Allo stesso modo, credo che le nostre nuove soluzioni possano creare speranza e aiutare a salvare le barriere coralline per riseminare i nostri oceani oggi e in futuro.

Questo articolo è stato aggiornato per includere lo sviluppo di un evento di sbiancamento dei coralli su scala globale nella primavera del 2024.