気候変動と汚染がサンゴ礁を脅かす中、科学者たちはサンゴとなって将来の海に再び生息することを目指す

サンゴ礁もその一部です 最も古く、最も多様な生態系 地球上で最も貴重なものの一つです。彼らは育てます 全海洋生物の 25%, 海岸を嵐から守る そして追加します 年間数十億ドル 漁業、新薬、観光、レクリエーションへの影響を通じて世界経済に影響を及ぼします。

現在、世界のサンゴ礁は急速に劣化しています。 前例のないレート 汚染や乱獲などの影響で、 破壊的な林業 そして 採掘慣行 陸上で。人間の活動によって引き起こされる気候変動は、 海洋の温暖化と酸性化, 、何が起こるかを引き起こす 記録上最大のサンゴの白化現象. 。これらの複合的な圧力の下で、科学者はほとんどのサンゴが絶滅する可能性があると予測しています 数世代以内に.

私は 海洋生物学者 スミソニアン博物館で 国立動物園保護生物学研究所. 。17 年間、私は同僚と協力して、 サンゴ礁回復イニシアチブ を利用してサンゴ礁を救うことを目的としています。 冷凍保存の科学.

この新しいアプローチには、サンゴの精子と幼生を保存および冷却することが含まれます。 生殖細胞, 、非常に低い温度で保持します。 政府のバイオリポジトリ.

これらの貯蔵庫は、サンゴの絶滅を防ぐ重要な手段となります。効果的に管理すれば、地球規模でサンゴ礁への脅威を相殺することができます。これらの凍結資産は、現在、10 年後、さらには 100 年後にも海の種を植え直し、生きたサンゴ礁を復元するために使用できます。

生きたまま安全に冷凍

凍結保存は、生存能力を維持しながら生物材料を凍結するプロセスです。これには、凍結保護剤と呼ばれる糖のような物質を細胞に導入して、凍結段階での致命的な氷の形成を防ぐことが含まれます。適切に行われれば、細胞は液体窒素中で何年も変化せずに凍結して生きたままになります。

多くの生物は、生息地の温度が氷点下になると自然に冷凍保存されることで、自然界の寒い冬を生き延びます。北米全土でよく見られる 2 つの例は次のとおりです。 クマムシ – コケや地衣類に生息する微細な動物 - そして 木のカエル.

現在、サンゴの冷凍保存技術は主に以下に依存しています。 精子を凍結する そして幼虫. 。2007 年以来、私はサンゴの凍結保存について多くの同僚を訓練し、彼らと協力してサンゴの精子を保存することに成功しました。現在、私たちは 50 種以上のサンゴから精子を採取しています。 世界中のバイオリポジトリに保存されている.

私たちはこの凍結保存された精子を使用して、と呼ばれる選択的繁殖プロセスを通じてカリブ海全域で新しいサンゴを生産しました。 遺伝子流動の補助. 。目標は、凍結保存された精子を使用し、必ずしも互いに遭遇する必要のないサンゴを交配させることでした。これは一種の長距離結婚相手です。

遺伝的多様性は、できるだけ多くの異なる親を組み合わせて新しい有性子孫を生み出すことによって維持されます。サンゴは海底にセメントで固定されているため、その地域の個体数が減少すると、冷凍保存によって新しい個体が導入される可能性があります。これらの新しい遺伝子の組み合わせが、将来の海洋温暖化の変化でもサンゴが生き残るのに役立つ適応を持っているのではないかと期待されています。

これらの支援された遺伝子流動研究により、絶滅の危機に瀕しているエルクホーンサンゴの遺伝学的に多様な個体が 600 頭新たに生み出されました。 ミドリイシ. 。2024 年初頭の時点で、フロリダ州の野生に残っているヘラジカの個体数はわずか約 150 頭です。機会があれば、飼育下で選択的に繁殖させたサンゴは、野生のエルクホーンの遺伝子プールを大幅に増やす可能性があります。

精細胞と幼虫の保存は、生物多様性の喪失と種の絶滅に対する重要な予防策です。ただし、この材料を収集できるのは次の期間のみです。 つかの間の産卵イベント サンゴが卵と精子を水中に放出するとき。

このような現象は年にわずか数日で発生します。この短い期間は研究者や自然保護活動家にとって物流上の課題を引き起こし、サンゴ種をうまく冷凍保存できる速度を制限します。

問題をさらに複雑にしているのは、海洋温暖化とますます頻繁になる海洋熱波がサンゴに生物学的ストレスを与える可能性があることです。これにより、生殖物質が弱くなり、冷凍保存と解凍の過酷さに耐えられなくなる可能性があります。

救助の規模を拡大する

サンゴの材料をより迅速に収集するために、私たちは、と呼ばれる方法を使用して、サンゴの破片全体を凍結保存するプロセスを開発しています。 等容性ガラス化. 。この技術はまだ発展途上です。しかし、完全に成功すれば、サンゴの組織内に氷を形成させることなくサンゴの破片全体を保存できるため、解凍後に生存可能な破片が生成され、成長してサンゴ礁に戻すことができます。

これを行うには、フラグメントを粘性の凍結防止剤カクテルにさらして脱水します。次に、それを小さなアルミニウムシリンダーに入れ、シリンダーを液体窒素に浸します。 華氏マイナス 320 度 (摂氏マイナス 196).

このプロセスにより、シリンダーの内容物が非常に急速に凍結するため、凍結保護剤が氷の結晶を生成せずに透明なガラスを形成します。破片を解凍したい場合は、温水浴に数分間入れてから、海水で戻します。

この方法を使用すると、つかの間の産卵イベントを待って監視する必要がないため、年間を通じてサンゴの破片を収集して冷凍保存することができます。このアプローチにより、私たちの保全活動が大幅に加速されます。

できるだけ多くの種を保護するには、複数の方法で堅牢な冷凍保存および解凍されたサンゴ素材を作成するための科学を拡大し、共有する必要があります。私と同僚は、この技術が簡単、迅速、そして安価であり、専門家であれば誰でも私たちのプロセスを再現して、世界中のサンゴの保護に貢献できるようにしたいと考えています。

私たちは、ビデオベースのサンゴの冷凍トレーニング プログラムを作成しました。 シンプルな 3D プリントの極低温冷凍庫の構築, エンジニアと協力して新しい方法を開発し、数百匹のサンゴ幼生を冷凍できるようになりました。 シンプルで安価な金属メッシュ. 。これらの新しいツールにより、世界中の研究室が今後 5 年間で世界中でサンゴの収集を大幅に加速できるようになります。

未来を守る

最近の気候モデルでは、温室効果ガスの排出が止まらなければ、世界のサンゴの 95% 以上が消滅すると推定されています。 2030年代半ばまでに死亡する可能性がある. 。このため、サンゴ礁の生物多様性と遺伝的多様性を保護するための貴重な時間がほとんど残されていません。

すでに進行中のアプローチの 1 つは、すべてのサンゴ種を人間の管理下に置くことです。スミソニアン博物館はその一部です サンゴバイオバンクアライアンス, は、生きたコロニー、骨格、遺伝子サンプルを収集し、最善の科学的実践を利用してサンゴ礁の再建を支援することにより、サンゴを保護するための国際協力です。

現在までに、既知のハードコーラル約 1,000 種のうち 200 種を超えるサンゴ種と数千のコロニーが、米国と関係のある組織を含む世界中の施設で人間の管理下にあります。およびヨーロッパの武器 動物園水族館協会. 。これらは野生のコロニーのクローンですが、これらの個体はサンゴ繁殖システムに入れられ、遺伝的に分類された幼生を後で冷凍保存するために使用できる可能性があります。あるいは、彼らの幼生はサンゴ礁の修復プロジェクトに使用される可能性があります。

気候変動が減速して逆転するまで、サンゴ礁は劣化し続けるだろう。サンゴ礁のより良い未来を確保するには、サンゴの生物貯蔵庫を構築し、サンゴのコロニーを保持し、新しい幼生定住者を育成するための陸上の苗床を設立し、新しい冷凍専門家の訓練が必要です。

何十年もの間、動物園は 飼育下繁殖と再導入 深刻なレベルにまで落ち込んだ動物種を保護するために。同様に、私たちの新しいソリューションは希望を生み出し、サンゴ礁を救い、今日そして将来にわたって私たちの海に種を植え直すのに役立つと信じています。

この記事は、2024 年春に起こる世界規模のサンゴ白化現象の展開を含めて更新されました。