Les coraux adultes libèrent des larves nageant librement comme moyen de propagation de la prochaine génération. Voici deux larves de Pocillopora damicornis, les espèces de coraux que Rivest et ses collègues ont utilisées dans leurs expériences. Les "rubans" bruns sont les symbiotes des algues, qui pénètrent dans les larves avant qu'elles ne soient libérées des coraux adultes. Crédit :© E. Rivest/VIMS.
Une nouvelle étude met une tournure surprenante - on pourrait même dire une double spirale - dans notre compréhension de la façon dont les récifs coralliens réagissent au réchauffement et à l'acidification des océans. Il offre également la possibilité d'un système d'alerte précoce pour les événements de blanchissement induits par la chaleur qui nuisent de plus en plus aux récifs coralliens dans le monde entier.
Les événements de blanchissement des coraux - lorsque le stress perturbe le partenariat qui profite à la fois aux coraux et aux algues qui vivent normalement dans leurs tissus - se produisent près de cinq fois plus fréquemment qu'il y a à peine quatre décennies. Ces événements ont dévasté de vastes étendues d'habitats de récifs coralliens autrement dynamiques, ainsi que la pêche et le tourisme qu'ils nourrissent, menaçant ainsi les 375 milliards de dollars que les scientifiques estiment que les récifs sains ajoutent à l'économie mondiale chaque année.
Dans l'étude actuelle, Emily Rivest du Virginia Institute of Marine Science de William &Mary et ses collègues ont utilisé une technique génomique de pointe pour tester si le réchauffement et l'acidification des océans pouvaient affecter le corail hôte différemment de son partenaire algal. L'étude, publié dans le dernier numéro de Frontières en sciences marines , a été co-écrit par Morgan Kelly de la Louisiana State University, Melissa DeBiasse de l'Université de Floride, et Gretchen Hofmann de l'Université de Californie, Santa Barbara.
L'équipe de recherche a procédé en exposant un groupe de larves de corail et leurs symbiotes d'algues à des eaux d'aquarium réchauffées et acidifiées aux conditions prévues pour l'année 2100, tout en maintenant un groupe témoin dans les conditions actuelles de température et de pH. Ils ont ensuite comparé les différences entre les cellules de coraux et d'algues de ces groupes expérimentaux et témoins en termes d'expression génique.
L'expression génique fait référence au processus par lequel une cellule lit son code génétique en copiant des morceaux sélectionnés d'ADN dans son noyau et en utilisant ces "transcriptions" pour fabriquer des protéines pour la croissance et l'entretien des cellules. Au sens le plus large, l'expression des gènes est la raison pour laquelle votre foie ne développe pas de globes oculaires ou vice versa. Mais pour chaque type de cellule, que ce soit le foie, cornéen, corail, ou algale - l'expression différentielle des gènes d'un organisme détermine également des aspects plus subtils de la structure et de la fonction cellulaires tels que le taux de métabolisme ou la production d'enzymes.
Fait important pour la présente étude, les changements dans l'expression des gènes sont également en corrélation avec le stress. Les chercheurs ont donc utilisé ces changements pour évaluer quelles cellules – coraux ou algues – sont les plus affectées par une eau trop chaude ou une acidité corrosive.
Les coraux sains sont un partenariat entre les animaux coralliens et les symbiotes d'algues qui vivent dans leurs tissus. Crédit :© E. Rivest/VIMS.
A la surprise des chercheurs, ils ont découvert que le stress altère l'expression des gènes de manière plus notable chez les algues. dit Rivest, "Nous avons vu plus de différences dans l'expression des gènes chez le symbiote que chez le corail, ce qui était vraiment intéressant, parce que je pense que les gens supposent que le corail - puisque c'est l'animal et qu'il est plus gros - serait celui qui contrôle et le plus susceptible de changer. » Les chercheurs ont découvert que 89 gènes étaient exprimés de manière différentielle dans les cellules d'algues, alors que seulement 17 étaient exprimés de manière différentielle dans le corail.
Une percée technique
Des études antérieures sur le blanchissement des coraux ont été entravées par les difficultés techniques de savoir si les extraits génétiques utilisés pour évaluer les changements dans l'expression des gènes provenaient de l'animal corallien ou de son symbiote algue. L'équipe de Rivest a surmonté ce défi en comparant leurs extraits observés avec ceux des bibliothèques génétiques récemment développées pour chaque groupe d'organismes.
"Nous pouvons utiliser ces nouvelles ressources bioinformatiques pour dire 'OK, trouver la correspondance, '", dit Rivest. "C'est vraiment excitant, surtout pour les coraux, qui sont des animaux difficiles à travailler en termes de génération de données de séquence. Jusque récemment, nous n'avions tout simplement pas assez de bonnes bibliothèques génétiques pour faire ce type de travail efficacement. »
Les études antérieures se sont également principalement concentrées sur les coraux adultes. En regardant plutôt les larves et leurs partenaires algales, L'équipe de Rivest a contribué à éclairer une étape importante et vulnérable du cycle de vie d'un corail.
"Nos résultats, " dit Rivest, « montrer que les algues jouent un rôle plus important que nous ne le pensions auparavant, même au cours de cette étape très précoce et critique de l'histoire de la vie. Si vous ne réussissez pas au stade larvaire, vous n'aurez pas de nouveaux coraux adultes sur le récif. termes de récifs persistants dans le futur, le succès de cette première étape est la clé."
L'équipe de recherche a détenu des larves de corail dans des récipients en plastique flottants au cours de leurs expériences. Le réservoir inférieur contient des nubbins de corail utilisés dans un traitement expérimental différent. Crédit :© Emily Rivest/VIMS.
Un avertissement précoce ?
La découverte surprise de l'équipe a des implications importantes pour la compréhension, surveillance, et protéger les récifs coralliens menacés par le blanchissement.
"Lorsque nous recherchons le blanchiment, nous mesurons souvent la couleur du corail, qui reflète le nombre de symbiotes présents, " dit Rivest. Les symbiotes d'algues contiennent des pigments photosynthétiques qui donnent leur couleur aux tissus coralliens autrement presque transparents. Lorsque les coraux sont stressés et perdent leurs algues, ce qui devient visible, c'est leur sous-jacent, squelette généralement blanchâtre, en leur donnant un aspect blanchi.
"Mais, " dit Rivest, "notre étude suggère que même si vous n'avez pas de corail blanchi, la relation entre le symbiote et le corail pourrait être très différente. Il est donc important d'aller au-delà du nombre de symbiotes - nous devons vraiment comprendre comment cette relation évolue, et bien avant le départ des symbiotes."
"Si nous pouvions anticiper quand le blanchiment se produira, " elle dit, "on pourrait peut-être essayer de sauver ces récifs - les ombrager, transplanter des coraux sélectionnés - tout ce qui pourrait fonctionner pour empêcher ces événements massifs de se produire. Nous devons donc savoir quels sont les signes avant-coureurs. Si vous pouviez identifier une signature d'expression génique particulière, ou une activité élevée ou une protéine particulière, alors vous sauriez quoi mesurer et rechercher efficacement."
Rivest reconnaît que le seul moyen vraiment réaliste de réduire le blanchissement des coraux est de limiter les activités humaines qui conduisent au réchauffement des océans. Mais elle pense qu'un système d'alerte précoce pourrait également jouer un rôle dans la réponse de la société.
"La meilleure solution au blanchissement des coraux est de s'attaquer à la tendance au réchauffement climatique de l'océan, " dit-elle. " Un système d'alerte précoce ne peut empêcher ces événements de se produire, mais cela pourrait nous aider à atténuer les pertes et aider les récifs coralliens à persister sous une forme ou une autre dans le futur. »
