Новости

Mar 25, 2023

Клеточные адаптации, приводящие к прикреплению фрагментов коралла к искусственным субстратам у Acropora millepora (Am

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных докладов, номер статьи: 18431 (2022) Цитировать эту статью

1285 Доступов

16 Альтметрика

Подробности о метриках

Репродуктивное размножение путем бесполой фрагментации у кораллов, строящих рифы Acropora millepora, зависит от (1) успешного прикрепления к рифовому субстрату посредством модификации мягких тканей и (2) постоянной связи с коркой скелета. Несмотря на десятилетия исследований бесполого размножения кораллов, первоначальная реакция, клеточная реорганизация и развитие, приводящие к прикреплению фрагментов субстрата через вновь сформированный скелет, не были полностью задокументированы. Здесь мы создаем первую «модель прикрепления кораллов» для этого вида («Am-CAM»), разрабатывая новые методы, которые позволяют коррелировать данные флуоресцентных и электронных микроскопических изображений с покадровыми микроскопическими изображениями in vivo. Этот многомасштабный подход к визуализации выявил три отдельные фазы, участвующие в бесполом размножении: (1) контактную реакцию фрагмента коралла при контакте с субстратом, за которой следует (2) стабилизация фрагмента посредством закрепления мягкими тканями и (3) формирование структура «лепесткового придатка», приводящая к склеиванию ткани с субстратом для образования корки в результате начала скелетной кальцификации. Разрабатывая Am-CAM, мы предоставляем новые биологические данные, которые могут позволить исследователям рифов, менеджерам и специалистам по восстановлению кораллов начать оценивать эффективность прикрепления, которая необходима для оптимизации совместимости видов и субстратов и достижения эффективной высадки.

Развитие коралловых рифов начинается, когда новые кораллы, строящие рифы, прикрепляются к подходящим субстратам посредством поселения планул или (повторного) прикрепления фрагментов, оторвавшихся от взрослых колоний в результате физических нарушений1,2,3. В результате выявление биологических адаптаций, необходимых для установления привязанности, является основным фактором для понимания того, как коралловые рифы зарождаются, растут и восстанавливаются после нарушений. Однако биологические процессы, необходимые для эффективного прикрепления фрагментов кораллов к субстрату, остаются в значительной степени неизвестными, несмотря на постоянную необходимость установления фундаментальной биологии прикрепления для прогресса десятилетий исследований, сосредоточенных на росте кораллов4,5,6,7,8,9,10 и рифах. развитие11,12,13,14,15.

Фрагментация колоний из-за физических нарушений является обычной частью повседневной жизни кораллов из-за приливных потоков, волн и частых штормов16,17,18, чему также могут способствовать биологические факторы (например, биоэродерс19). Фрагменты, которые успешно адаптируются для формирования прикрепления, могут образовывать взрослые колонии посредством бесполого размножения1,2,16и начать размножаться и вносить вклад в популяцию кораллов в течение 1–2 лет1,20. На сегодняшний день прикрепление фрагментов широко определяется как «первая базальная ткань», растущая на подложку, а успех количественно оценивается как степень видимой базальной ткани на границе коралл-субстрат21,22. Хотя эти широкие определения того, что представляет собой привязанность, были полезны для сравнения выживаемости, это описание не учитывает различные фазы процесса прикрепления кораллов или степень, в которой фрагмент «прикреплен»; а именно, состоит ли прикрепление только из мягких тканей или на контактной поверхности присутствует новый скелет.

Успешному прикреплению могут препятствовать биологические факторы и факторы окружающей среды, такие как тип субстрата23,24, подвижность субстрата и движение воды25,26,27. Предполагается, что в эффективном прикреплении фрагмента коралла играют роль несколько организменных и внешних процессов. К ним относятся (1) контактная реакция, способствующая росту и защите колонии от ранее существовавших остатков, организмов и/или патогенов на субстрате28,29,30,31,32; (2) пассивная стабилизация фрагмента посредством фиксации ткани, взаимодействия с субстратом или слабым течением воды для уменьшения повреждения мягких тканей из-за постоянного движения33; (3) поддержание внеклеточного матрикса (ECM), который облегчает адгезию между клетками и клетками-субстратом34,35,36; и/или (4) переход от внешней поверхности стенки тела (SBW) к базальной стенке тела (BBW), обладающей специализированными клетками, необходимыми для производства ECM и контролируемого отложения скелета из карбоната кальция6,7,37,38,39 . Однако не было оценено, играют ли эти различные факторы роль в процессе привязанности и каким образом. Такая неопределенность частично отражает сложность наблюдения за такими точными микроанатомическими изменениями одновременно и в нескольких масштабах.