Le barriere coralline, gli habitat lussureggianti che ospitano forse un quarto delle specie oceaniche, stanno morendo a un ritmo allarmante. Le Nazioni Unite prevedono che se le temperature degli oceani aumenteranno come previsto, nessuna delle 29 scogliere elencate come patrimonio mondiale dell'UNESCO ospiterà ancora ecosistemi funzionali entro il 2100. Tali scarse possibilità hanno spinto gli scienziati a prepararsi al peggio pensando fuori dagli schemi .
Utilizzando una soluzione antigelo carica di particelle d'oro e laser a scongelamento rapido, un team con base alle Hawaii ha congelato criogenicamente e scongelato con successo le larve di corallo per la prima volta. La svolta potrebbe consentire al biobanca delle specie di coralli di preservare la diversità evanescente delle scogliere di tutto il mondo. La criogenia potrebbe anche aiutare gli sforzi di ripristino mantenendo uno stock congelato di larve di corallo, pronto a ripopolare le barriere coralline morte o morenti.
"Possiamo congelare le larve, possiamo riportarle indietro e sono vive", afferma Mary Hagedorn, biologa dei coralli dello Smithsonian Conservation Biology Institute (SCBI). I passi successivi, osserva, assicurano che i coralli possano funzionare in modo sostenibile su una scogliera e che aumentano il processo per lavorare su un gran numero di coralli.
Immagini confocali di larve di Day 3 che mostrano fluorescenza da GFP (a sinistra) e distribuzione di particelle di nanorod d'oro con rivestimento DyLight che circondano la larva nel crioprotettore (a destra). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Hagedorn è stato co-autore di una ricerca recentemente pubblicata in Scientific Reports che illustrava come le larve del corallo fungo ( Fungia scutaria ) fossero congelate con successo e rianimate per svilupparsi normalmente e nuotare fino a 12 ore. Gli scienziati sarebbero entusiasti se le barriere coralline decimate del mondo potessero godere di un secondo atto di tale successo.
Le barriere coralline e l'incredibile biodiversità che ospitano sono assediate da un clima in rapido cambiamento. Le conseguenze diffuse anche per gli umani proprietari di terreni includono la riduzione delle scorte di cibo e l'erosione distruttiva delle coste popolate. E le maggiori morti sulla barriera corallina non sono semplicemente una questione di proiezione, sono già una realtà. Un imponente evento di sbiancamento dei coralli del 2014-17 ha stressato il 75% delle barriere coralline del mondo e ha ucciso circa il 30% dei coralli nella famosa Grande barriera corallina. Tali episodi stanno diventando così frequenti che la recente valutazione climatica nazionale suggerisce che lo sbiancamento dei coralli sarà un evento annuale nelle Isole Hawaii e nelle Samoa americane entro il 2040.
I coralli possono adattarsi ai mutevoli ambienti, ma in alcuni punti il ritmo è semplicemente troppo veloce. La possibilità di glassare e rianimarli può aiutare a guadagnare un po 'di tempo.
Colorazione della falloidina: immagini microscopiche fluorescenti di falloidina integrali dello sviluppo di larve di F. scutaria colorate per actina. (Smithsonian Conservation Biology Institute) Il congelamento dei coralli si è rivelato relativamente semplice, afferma Hagedorn. Le larve sono state semplicemente immerse in azoto liquido dopo essere state trattate con un tipo di "antigelo" crioprotettivo appositamente costituito per aiutarle a congelare uniformemente senza la formazione di cristalli di ghiaccio.
"I cristalli di ghiaccio sono davvero la nostra nemesi", afferma. “Potrebbero esserci alcuni piccoli nuclei che si formano durante il processo di congelamento e puoi pensare a quelli come fiocchi di neve. Ma non vuoi che quei fiocchi di neve si trasformino in lance di ghiaccio più grandi che distruggono le cellule. ”Controintuitivamente, il problema dei cristalli di ghiaccio è in realtà il peggiore durante il riscaldamento di campioni congelati.
"Immagina acqua, congelamento lento, e quel punto in cui alcuni cristalli improvvisamente crescono relativamente rapidamente in frammenti di ghiaccio mentre si congela", spiega Jonathan Daly, autore principale del documento e post-dottorato presso SCBI e Hawaii Institute of Marine Biologia. "Ciò accade entro un determinato intervallo di temperatura e lo attraversi quando ti stai raffreddando ma anche quando stai riscaldando."
La maggior parte della morte cellulare avviene durante il processo di riscaldamento, ma gli scienziati possono impedire la formazione di cristalli di ghiaccio scongelando rapidamente le larve di corallo. Per raggiungere la velocità, il team ha utilizzato una tecnica che Hagedorn ha affinato sugli embrioni di Zebrafish con un pugno di due o due particelle di oro massiccio e luce laser.
I laser di Hollywood possono essere abbastanza caldi da vaporizzare un alieno, ma le versioni da laboratorio non sono ancora in grado di trasferire il calore in modo rapido e uniforme abbastanza da scongelare un piccolo embrione senza aiuto. Quindi gli scienziati hanno introdotto particelle nanogold distribuite attraverso la soluzione antigelo, che hanno assorbito la luce dal laser e l'hanno trasformata in calore che ha portato con successo il corallo dal suo congelamento profondo. "Si sta sciogliendo in un secondo", dice Daly.
Jonathan Daly crioconservando le larve di corallo. (Gary Cranitch / Great Barrier Reef Foundation) Il congelamento dei coralli vitali ha il potenziale per mantenere la biodiversità futura preservando l'intera gamma della genetica dei coralli. "Non abbiamo idea di come potremmo essere in grado di utilizzare questo materiale tra 100 anni, ma farlo ora mentre abbiamo ancora molta diversità sugli scogli e lo stiamo perdendo molto rapidamente, è davvero importante", afferma Hagedorn. Quattordici specie di spermatozoi e embrioni di corallo raccolti nella Grande Barriera Corallina sono già congelati nello zoo australiano di Taronga, Western Plains, e altri dieci nel National Animal Germplasm Program dell'USDA a Fort Collins, CO senza sbocco sul mare.
Quegli spermatozoi immagazzinati richiederebbero l'abbinamento con uova vive, ma Madeleine van Oppen, dell'Australian Institute of Marine Science e dell'Università di Melbourne, afferma che questo risultato cambia il gioco dimostrando la capacità di congelare un organismo completo che, si spera, potrebbe essere scongelato fuori per vivere e crescere.
"È molto importante preservare l'attuale diversità genetica in modo che in futuro possiamo usarla come una banca di semi che è stata sviluppata per le specie coltivate", continua Van Oppen. “Le persone possono tornare indietro e fare una scorta di colture che potrebbero essere più resistenti alla siccità o al calore perché hanno quella banca di diversità genetica che consente loro di farlo. Quindi, se possiamo fare qualcosa di simile al Global Seed Vault per i coralli, sarà estremamente potente in futuro. "
Sfortunatamente, quel futuro non è ancora arrivato. Il corallo fungo era congelato perché le sue larve erano piccole e facili da lavorare. Ora il team è sfidato a modificare tutto, dalla composizione antigelo alle impostazioni laser, in modo che i coralli più grandi che costruiscano la barriera corallina possano essere preservati in modo simile. "Pensiamo che sarà scalabile", dice Hagedorn.
Corallo di fungo adulto (F. scutaria). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Un'altra sfida è ampliare notevolmente le dimensioni dell'operazione, in modo che possa essere utilizzata per il ripristino della barriera corallina.
"Dobbiamo passare dal congelamento di centinaia di queste cose a centinaia di migliaia al fine di ottenere anche del corallo per vivere su una scogliera", afferma Hagedorn. Se un tale numero di larve può essere conservato criogenicamente, aumenta la possibilità di sovraccaricare i tassi di riproduzione lenti del corallo. La deposizione dei coralli si verifica solo quando le condizioni sono perfette, una volta all'anno e solo per un paio di giorni.
“Se riusciamo a costruire un deposito di larve congelate che potremmo estrarre dal congelatore ogni volta che dobbiamo ripristinare una barriera corallina, ciò potrebbe essere fatto in qualsiasi momento dell'anno, quindi non ti limiterai a un evento di deposizione dei coralli. Sarebbe, ovviamente, assolutamente favoloso ", afferma van Oppen. "Ciò sarebbe particolarmente vero se si potesse combinare con alcuni dei lavori in corso per cercare di sviluppare un corallo che è più resistente al calore."
La reintroduzione di coralli congelati una volta potrebbe non avere molto successo in luoghi in cui le condizioni che hanno causato la scomparsa delle barriere coralline continuano a persistere. Ma se gli ambienti di corallo migliorano, o se gli umani possono creare coralli che sono più resistenti alle condizioni future, ci sono buone probabilità che avremo una popolazione di coralli disgelati disciolti e pronti a sfruttare.
