Захватывающие цвета кораллов, строящих рифы, создаются фотосинтезирующими водорослями, которые живут внутри кораллов. Новаторское трехлетнее исследование показало, что вирусы могут усиливать свои атаки на эти симбиотические водоросли во время морских тепловых волн.

Немногие исследования изучали, как жара и другие формы стресса влияют на вспышки коралловых вирусов, и еще меньше исследований изучали динамику этих вспышек в масштабах рифа. Исследование, опубликованное сегодня онлайн в журнале ISME Communications, делает и то, и другое. Это также первое исследование, в котором анализируется распространенность, устойчивость, триггеры и воздействие на здоровье "РНК-вирусов, инфицирующих динофлагелляты" (dinoRNAVs), одноцепочечных РНК-вирусов, которые заражают симбиотические водоросли, живущие внутри кораллов.

Ведущий автор Лорен Хоу-Керр говорит, что исследователи кораллов и морских заболеваний обращают более пристальное внимание на коралловые вирусы после того, как в октябре 2021 года и феврале 2022 года были проведены исследования, в которых были найдены доказательства того, что вирусные инфекции симбиотических динофлагеллят могут быть ответственны за болезнь потери тканей каменистых кораллов (SCTLD). Одна из самых смертоносных болезней кораллов за всю историю наблюдений, SCTLD разрушает рифы во Флориде и Карибском бассейне с тех пор, как она была впервые обнаружена в 2014 году.

"Хотя это исследование не направлено на SCLTD, оно расширяет наше понимание коралловых вирусов, и особенно РНК-вирусов, которые заражают эндосимбионты кораллов", - сказал Хау-Керр, постдокторант Райса, который стал соавтором исследования вместе с более чем десятком коллег из Райса, Северо-Восточного университета, Университета Орегона, Университета Виргинских островов, Университета Ратгерса, Университета штата Орегон, Университета Джорджа Мейсона, Национального института водных и атмосферных исследований Новой Зеландии и Центра исследования и восстановления коралловых рифов Морской лаборатории Моте в Саммерленд-Ки, штат Флорида.

"Наша работа представляет собой первое эмпирическое доказательство того, что воздействие высоких температур на рифе вызывает заражение dinoRNAV в коралловых колониях, и мы показали, что эти инфекции усиливаются в нездоровых коралловых колониях", - сказал Хау-Керр.

Исследование проводилось на станции долгосрочных экологических исследований коралловых рифов Муреа на острове Муреа во Французской Полинезии в Тихом океане. Остров Муреа, расположенный примерно в 20 милях от Таити, окольцован коралловыми рифами. Образцы с 54 коралловых колоний вокруг острова собирались дважды в год в период с августа 2018 года по октябрь 2020 года. Самая теплая температура воды за этот период была зафиксирована в марте 2019 года. В этот период рифы по всему острову подверглись тепловому стрессу, включая повсеместное обесцвечивание.

Объекты исследования располагались в различных зонах рифов, которые подвергались различным видам экологического стресса. Например, обращенные к океану передние рифы более глубокие, с более прохладной и постоянной температурой воды, в то время как прибрежные окаймляющие рифы в лагунах подвержены самым высоким температурам и наибольшей изменчивости температуры.

Хау-Керр получила докторскую степень в Райсе в 2022 году и недавно закончила годичную стипендию по океанической политике в Национальном научном фонде. Отбор проб и анализ проводились во время ее обучения в докторантуре в лаборатории морского биолога и соавтора исследования Адриенны Корреа.

"Это была огромная командная работа - два раза в год в течение трех лет находить и отбирать образцы одних и тех же коралловых колоний", - сказала Корреа. "Это было осложнено пандемией, из-за которой мы не смогли взять пробы в марте 2020 года, но в итоге все это того стоило. Мы узнали много нового о динамике распространения вирусов в пределах всего рифа".

По словам Корреа, из предыдущих исследований было ясно, что кораллы "укрывают множество разнообразных вирусов", но не было известно, как конкретные типы вирусов распределяются по рифу. В исследовании 2022 года ее группы, ведущим автором которого был другой бывший студент, Карстен Групстра, содержались подробные результаты экспериментов, проведенных в аквариуме, которые показали, что вирусная активность одной группы вирусов - диноРНКВ - в кораллах возрастает при тепловом стрессе.

"Это трехлетнее исследование основывается на этих данных и показывает, что это может происходить и в океане", - сказал Корреа. "Мы увидели такое же вызванное жарой увеличение производства вирусов на всех рифах".

Хоу-Керр сказал, что новое исследование также дает одно из первых представлений о том, как диноРНКВ ведут себя во времени и пространстве на рифах и рифовых зонах.

"Мы смогли охарактеризовать разнообразие диноРНКВ и их распространенность в колониях в разные годы и в разных условиях рифов", - сказала она. "Мы обнаружили диноРНКВ-инфекции в более чем 90% колоний, взятых на пробу, в какой-то момент в течение трех лет. При этом состав и разнообразие вирусов, которые мы обнаружили в этих инфекциях, различались в разных зонах рифа. Это указывает на то, что условия окружающей среды играют определенную роль в динамике этих вспышек".

Хотя все 54 колонии пережили трехлетний эксперимент, 50% из них пострадали от частичной гибели. Больше всего пострадали обращенные к океану передние рифы, где вероятность частичной гибели была почти в три раза выше, чем у кораллов на окаймляющих рифах, которые, возможно, более привычны к высоким температурам более мелких вод вблизи берега, сказала Корреа.

По ее словам, в колониях, подвергшихся тепловому стрессу в 2019 году, было обнаружено более широкое разнообразие РНК-вирусов, что говорит о том, что производство вирусов увеличилось. И эта закономерность оказалась наиболее сильной в колониях, которые пострадали от частичной гибели, что указывает на специфическое взаимодействие хозяина и вируса, которое может определять воздействие на экосистему, сказала она.

"Вирусная продуктивность, вероятно, будет расти по мере дальнейшего повышения температуры океана", - сказала Корреа. "Важно узнать как можно больше о взаимодействии вируса и хозяина, потому что оно может привести к изменению фундаментального симбиоза, лежащего в основе экосистем коралловых рифов".