რატომ უფერულდება მარჯნის რიფები

საფრთხე წარმოშვა გლობალური დათბობის ფონზე სანაპირო წყლებში ტემპერატურის მომატებამ, რაც, როგორც ჩანს, გავლენას ახდენს სიმბიოზურ კავშირზე და პოლიპს ჯანმრთელი მაფოტოსინთეზებელი წყალმცენარის განდევნას აიძულებს. შეძლებენ თუ არა პოლიპი და მისი სიმბიონანტი წყალმცენარე შეცვლილ პირობებთან ადაპტაციას, ჯერჯერობით უცნობია.

თუ მარჯნების გაუფერულების მთავარი მიზეზი სანაპირო წყლების დათბობაა, მაშინ, მიმდინარე გლობალური დათბობის ფონზე, 25-50 წლის შემდეგ მარჯნის რიფები, სავარაუდოდ, აღარ იარსებებს. თუმცა ამ მოსაზრებას არ იზიარებს ავსტრალიელი მეცნიერი, ტაუნსვილის ჯეიმს კუკის უნივერსიტეტის მარჯნების შემსწავლელი ცენტრის თანამშრომელი ენდრიუ ბეირდი (Andrew H. Baird). მან ავსტრალიის რამდენიმე სამეცნიერო ინსტიტუტის თანამშრომლებთან ერთად ჩატარებული კვლევების საფუძველზე განაცხადა, რომ მარჯნების მომავალზე საუბარი ნაადრევია, ვინაიდან თითქმის შეუსწავლელია პოლიპებისა და მათი სიმბიონანტი წყალმცენარის ურთიერთობის ფიზიოლოგიური მექანიზმი.

ჟურნალ Trends in Ecology and Evolution-ში ბრეიდმა და მისმა თანაავტორებმა ამ გამოკვლევის მიმოხილვა გამოაქვეყნეს. მათი აზრით, გაუფერულების მიზეზი შეიძლება იყოს წყალმცენარის მაფოტოსინთეზებელი სისტემის, კერძოდ, ფოტოსისტემა II-ის, ულტრაიისფერი სხივებით ინჰიბირება. განათების კრიტიკული ზღვარი, რომელმაც შეიძლება ფოტოსისტემის ინჰიბირება გამოიწვიოს, სხვადასხვა წყალმცენარეს სხვადასხვა აქვს, სტრესულ მდგომარეობაში კი ეცვლება. სტრესული მდგომარეობა გულისხმობს ორგანიზმის არასპეციფიკურ საპასუხო რეაქციას გარეგან გამღიზიანებელზე, მათ შორის – ტემპერატურის მომატებაზეც.

ფოტოინჰიბირების პირველი ეტაპია ჟანგვითი სტრესი – სიმბიონანტის უჯრედებში დაგროვებას იწყებს ჟანგბადის რეაქტიული ფორმა (reactive oxygen species, ROS), რომელსაც შეუძლია, საგრძნობლად შეაფერხოს უჯრედების მუშაობა. ამის თავიდან ასაცილებლად უჯრედები სპეციალური ანტიოქსიდანტების სისტემით არის აღჭურვილი. ვიდრე ის ეფექტურად ასრულებს თავის ფუნქციას, უჯრედებში ჟანგბადი არ გროვდება. თუ დამცავი სისტემა მწყობრიდან გამოვიდა და დაზიანება მაინც მოხდა, საქმეში ერთვება რეპარაციის (“შეკეთების”) სისტემა, რომელიც ცილის დაზიანებულ მოლეკულებს ახლებით ცვლის. ცხადია, თუ მარჯნის პოლიპები სიმბიონანტს ძლიერი სინათლისგან იცავენ, მაშინ მათ ფოტოინჰიბირებით გამოწვეული გაუფერულების შეფერხებაც ძალუძს, რადგან პოლიპს შეიძლება ჰქონდეს საკუთარი ფლუორესცენციული პიგმენტი, რომელიც შთანთქავს ხილულ სხივებს და შემდეგ ასხივებს მათ ნათების სახით. ასეთ პიგმენტებს შეიცავს წყალმარჩხი რიფების 97%. მეცნიერებმა ისიც აღმოაჩინეს, რომ პოლიპები, რომლებიც მცირე რაოდენობის ფლუროსცენციულ პიგმენტს შეიცავს, ხშირად ექვემდებარება გაუფერულებას, თუმცა გასარკვევია, რამდენად ეწინააღმდეგება პიგმენტები საკუთარ სითბურ და არა სინათლის ზემოქმედებას.

ცნობილია ისიც, რომ სიმბიონანტსა და მასპინძელს იცავს მიკოსპორინის მსგავსი ამინმჟავები (Mycosporine-like amino-acids), რომლებიც შთანთქავს ულტრაიისფერ სხივებს და შემდეგ სითბოს სახით ასხივებს. ცნობილია, რომ მარჯნის პოლიპებს თავად არ შეუძლიათ ამ ამინმჟავის გამომუშავება – მას სიმბიონანტისგან ან მოპოვებული საკვებისგან იღებენ. მარჯნის პოლიპებს აქვთ ანტიოქსიდანტური სისტემა და სითბური შოკის ცილები, რომლებიც მომატებული ტემპერატურის პირობებში უჯრედების ნორმალურ ფუნქციობას უზრუნველყოფს. მარჯნები, რომლებიც ამ ცილებით მდიდარია, ნაკლებად ექვემდებარება გაუფერულებას.

მიუხედავად იმისა, რომ მარჯნები საჭირო საკვებს ავტოტროფული სიმბიონანტებისგან იღებენ, მრავალი მათგანი ინარჩუნებს უნარს, საკვები ელემენტები სხვა ნაწლავღრუიანების მსგავსად “გადაყლაპოს”. ასეთი “მტაცებლები” უკეთ იტანენ გაუფერულებას. ამასთან, როდესაც პოლიპი კვების ამ ტიპზე გადადის, სიმბიონანტს საშუალება ეძლევა, ნაკლებად იყოს დამოკიდებული მასპინძელზე და უკეთ დაიცვას თავი რეაქტიული ჟანგბადის მოქმედებისგან, შეამციროს დაზიანება.

მარჯნის პოლიპების გაუფერულების მიზეზთა შესწავლაში პროგრესის მიუხედავად, მრავალი საკითხი გაურკვეველია. კერძოდ, გაოცებას იწვევს ის ფაქტი, რომ სიმბიონანტების “გამოძევება” იწყება ტემპერატურაზე, რომელიც 1-2°C-ით მეტია ზაფხულის ტემპერატურის საშუალო მაქსიმუმზე. სიმბიონანტებზე დამოკიდებული მრავალი ორგანიზმი (პოლიპები, აქტინიები, ღრუბლები) 29-32°C-ზე იღუპება, ეს ტემპერატურა კი ტროპიკებისთვის ნამდვილად არ არის მაღალი. 35°C-ს კარგად იტანენ დიდი წყალმცენარეები, ხოლო ტროპიკული თევზებისთვის კრიტიკული ტემპერატურა 34,7-40°C-ია. გამორიცხული არ არის, ტემპერატურის მომატებისას ნამდვილად სიმბიოზური ურთიერთობები ირღვეოდეს.

ნორმალურ პირობებში სიმბიონანტები გამოსცემენ სიგნალებს, რომლებიც მასპინძლის მიერ წარმოქმნილ მემბრანაზე ხვდება. მემბრანა სიგნალების გადაცემაში მედიატორის როლს ასრულებს. თუ სიმბიონანტი სტრესულ მდგომარეობაშია, მასპინძელთან კავშირი შესაძლოა დაირღვეს და მასპინძელმა წყალმცენარე “გამოაძევოს”, ანდა გაანადგუროს უჯრედები, სადაც სიმბიონანტები სახლობენ.

მეორე შესაძლო ვარიანტია თავად მარჯნის პოლიპის სტრესი, რომლის შედეგადაც ის ვეღარ აკონტროლებს სიმბიონანტი წყალმცენარის რაოდენობას. ნორმალურ პირობებში წყალმცენარის პოპულაცია პოლიპის შიგნით სტაბილურია და არც ისე დიდი, თუმცა მისი უჯრედების დაყოფა უფრო სწრაფი ტემპით მიმდინარეობს, ვიდრე პოლიპისა. ცნობილია, რომ ნორმალურ პირობებში პოლიპის მიერ გამოძევებული წყალმცენარის უჯრედები დაშლილია, ე. ი. ფოტოსინთეზის წარმოება აღარ ძალუძს, მაშინ როდესაც მაღალი ტემპერატურით გამოწვეული გაუფერულების დროს გამოძევებული წყალმცენარის უჯრედები დაუზიანებელია და ფოტოსინთეზის წარმოების უნარი შესწევს. ამის კვალობაზე, ჩნდება მოსაზრება, რომ სტრესის პირობებში მარჯნის პოლიპები კარგავენ სიმბიონანტის ჯანმრთელი და დაზიანებული უჯრედების გარჩევის უნარს. ამრიგად, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ მარჯნები უფერულდება, რადგან წყალმცენარისა “აღარ ესმის”.

დასასრულ, შეიძლება ითქვას, რომ მარჯნების გაუფერულების ფიზიოლოგიური და მოლეკულურ-ბიოლოგიური ასპექტების შესწავლა არ გვაძლევს საშუალებას, ცვალებადი კლიმატის პირობებში მარჯნების პოპულაციური დინამიკა ვივარაუდოთ.

წყარო: Andrew H. Baird, Ranjeet Bhagooli, Peter J. Ralph, Shunichi Takahashi. Coral bleaching: the role of the host // Trends in Ecology and Evolution. 2009, V, 24. № 1. P. 16-20