Коралловые колонии окружены тонким слоем воды, движение которой замедляется из-за трения о поверхность организма. Ранее ученые считали, что кораллы пассивно используют этот слой, получая питательные вещества и кислород за счет естественной диффузии. Однако исследование показало, что коралловые реснички активно меняют движение воды вокруг тканей.
В 2014 году специалисты Массачусетского технологического института и Института науки Вейцмана опубликовали работу, впервые описавшую небольшие водовороты, которые создают реснички. Раньше их воспринимали главным образом как своеобразные щетки, перемещающие слизь и удаляющие отходы с поверхности коралла. Исследование показало, что реснички также обеспечивают процессы, важные для обмена веществ и выживания кораллов.
Руководивший той работой микробиолог и инженер-эколог Орр Шапиро поначалу изучал, как вызывающие болезни кораллов микроорганизмы находят нужные им участки по градиентам концентрации. Под микроскопом он заметил, что частицы в пограничном слое воды не просто медленно распространялись, а перемешивались и двигались по круговым траекториям. «Для меня, а позднее, думаю, и для всей научной области, это стало своего рода сменой парадигмы», — сказал Шапиро, который сейчас работает в Институте Вулканов в Израиле.
Наблюдение привело исследователей к изучению движения кислорода к тканям кораллов. Выяснилось, что пограничный слой представляет собой не неподвижную зону, а динамическую среду, где реснички создают собственное перемешивание. «Это полностью изменило наше понимание этой [микро]среды, потому что диффузия внезапно перестала быть действительно важной», — отметил Шапиро.
Диффузия остается естественным способом переноса питательных веществ в воде, но происходит крайне медленно: кислороду может потребоваться до четырех минут, чтобы преодолеть расстояние всего в 1 миллиметр. При этом у поверхности коралла вода движется медленнее, а сами кораллы расходуют кислород быстрее, чем он успевает поступать за счет диффузии. Быстрые потоки, создаваемые ресничками, компенсируют эту разницу, хотя требуют от коралла дополнительных затрат энергии.
Проблемы начинаются при повышении температуры воды, поскольку содержание кислорода снижается. На фоне перегрева симбиотические водоросли кораллов испытывают стресс и выделяют токсичные для хозяина молекулы, после чего коралл избавляется от них. Так происходит обесцвечивание: организм теряет основной источник пищи, энергии и кислорода, а затем может погибнуть. Международная группа микробиологов, инженеров и физиологов решила выяснить, как жара влияет на работу ресничек и может ли это объяснить, почему одни кораллы на рифе обесцвечиваются, а другие нет, а некоторые погибают от теплового стресса, не теряя симбиотические водоросли, сообщило Wired.