Блог

Mar 04, 2024

Риф

Том Nature 620, страницы 1018–1024 (2023 г.) Цитировать эту статью 8741 Доступов 265 Подробности Altmetric Metrics Коралловые рифы представляют собой очень разнообразные экосистемы, которые процветают в водах с низким содержанием питательных веществ, и это явление

Nature, том 620, страницы 1018–1024 (2023 г.) Процитировать эту статью

8741 Доступов

265 Альтметрика

Подробности о метриках

Коралловые рифы представляют собой очень разнообразные экосистемы, которые процветают в водах с низким содержанием питательных веществ. Это явление часто называют парадоксом Дарвина1. Энергетические потребности коралловых животных-хозяев часто могут быть полностью удовлетворены за счет избыточного производства богатых углеродом фотосинтетов их водорослевыми симбионтами2,3. Однако понимание механизмов, которые позволяют кораллам получать жизненно важные питательные вещества азот и фосфор от своих симбионтов, является неполным4,5,6,7,8,9. Здесь мы показываем с помощью серии долгосрочных экспериментов, что поглощение растворенного неорганического азота и фосфора симбионтами само по себе достаточно для поддержания быстрого роста кораллов. Далее, учитывая запасы азота и фосфора хозяина и симбионтов, мы определяем, что эти питательные вещества собираются в ходе «фермерства» симбионтов и передаются хозяину путем переваривания избыточных клеток-симбионтов. Наконец, мы используем крупномасштабный естественный эксперимент, в котором морские птицы удобряют одни рифы, но не другие, чтобы показать, что эффективное использование растворенных неорганических питательных веществ симбиотическими кораллами, установленное в наших лабораторных экспериментах, потенциально может улучшить рост кораллов в дикой природе. уровень экосистемы. Питание симбионтами позволяет коралловым животным получать доступ к важному пулу питательных веществ и помогает объяснить эволюционный и экологический успех симбиотических кораллов в водах с ограниченным количеством питательных веществ.

Симбиотические кораллы функционируют как миксотрофы, у которых метаболическая потребность животного-хозяина в углероде часто может быть удовлетворена за счет перемещения богатых углеродом продуктов фотосинтеза от их динофлагеллятных симбионтов2,3. Хотя этот перенос углерода поддерживает производство энергии в хозяине, он не может способствовать его росту10. Вместо этого считается, что хозяин поглощает азот (N) и фосфор (P) в благоприятной стехиометрии, необходимой для производства основных строительных блоков для роста и размножения, в основном за счет питания частицами или растворенным органическим материалом, включая планктон и растворенные свободные аминокислоты11. ,12,13. Симбионты извлекают выгоду из гетеротрофии хозяина, перерабатывая богатые N и P продукты метаболизма хозяина, которые они затем могут использовать для стимулирования собственного роста11,12,14. Сохранение этих ценных соединений в симбиотической ассоциации считается другой основной функцией фотосинтетического партнера10.

Коралловые животные обладают способностью напрямую включать некоторое количество аммония (NH4+)15,16. Однако этот путь прямого поглощения количественно тривиален по сравнению с более высокой скоростью ассимиляции NH4+ их симбионтами в 14–23 раза16. Напротив, кораллы-хозяева не могут напрямую ассимилировать нитрат (NO3), поскольку в тканях животных отсутствуют необходимые ферменты15,17. Следовательно, поглощение и ассимиляция NO3 происходит исключительно через симбионтов18. То же самое относится и к фосфору в его растворенной неорганической форме (PO4)11. Степень, в которой приобретение N и P симбионтами способствует росту хозяина, неясно, а знания о распределении питательных веществ остаются неполными. Предыдущие исследования с использованием изолированных симбионтов показали, что лишь небольшие количества N в форме аминокислот высвобождаются из клеток-симбионтов и могут быть доступны хозяину5,7,8,9. Совсем недавно эксперименты по наномасштабной масс-спектрометрии вторичных ионов (NanoSIMS) визуализировали перемещение 15N из симбионта, основного места поглощения N, к хозяину16,18. Кроме того, у коралла Acropora в дикой природе наблюдалась транслокация значительных количеств N от симбионта к хозяину6. Более того, недавние исследования показывают, что значительное количество N-богатых аминокислот в тканях хозяина происходит от симбионтов16,19,20,21. В настоящее время нет доказательств передачи фосфора от симбионта к хозяину11. Фактически симбионты считаются поглотителями фосфора внутри симбиоза4. Таким образом, современные знания не могут объяснить стимулирующее рост хозяина влияние растворенных неорганических N и P, описанное в нескольких исследованиях кораллов в экспериментальных условиях и в естественной среде22,23,24,25,26,27,28,29. Следовательно, ключевой механизм, контролирующий продуктивность мировых коралловых рифов, остается недостаточно изученным; факт, который вызывает особую озабоченность, поскольку растворенные неорганические питательные вещества могут локально или временно представлять собой наиболее значимые источники N или P в тропических водах, в противном случае бедных питательными веществами (расширенные данные, рис. 1).