I takt med at den globale opvarmning tager til, fører ekstreme hedebølger til omfattende tab af tropiske koralrev.
De fleste koraller er afhængige af bittesmå algeceller, som lever i deres væv, hvor de udfører fotosyntese og producerer energi.
Korallerne bruger denne energi til at opbygge deres skeletter, som danner selve revets struktur.
I en verden, der bliver varmere og varmere, er udviklingen af tolerance over for hedebølger afgørende, hvis koralbestandene skal overleve. Naturlig tilpasning sker over mange generationer og er sandsynligvis allerede i gang.
Men tempoet i denne tilpasning kan blive overhalet af opvarmningen af havet.
Derfor opfordrer forskere og forvaltere af koralrev nu til såkaldt 'styret evolution' for at fremskynde tilpasningen.
En lovende metode er selektiv avl, hvor man forsøger at fremme egenskaber, der giver bedre tolerance over for hedebølger. Vores nye studie undersøger, hvordan sådanne tiltag kan hjælpe korallerne med at modstå fremtidige hedebølger.
Fulgte koralbestand i otte år
Ved at se nærmere på det genetiske grundlag for varmetolerance og andre vigtige egenskaber som vækst, energireserver og reproduktion, viser vi både mulighederne for og begrænsningerne ved evolutionær tilpasning til ekstrem varmestress.
Studiet tager udgangspunkt i en opdrættet koralbestand, som vi har fulgt gennem otte år i Palau, som er en øgruppe i det vestlige Stillehav.
Kvantitativ genetik kan kaste lys over komplekse egenskaber som vækst og varmetolerance, som typisk er styret af hundredevis til tusindvis af gener.
Det er værktøjer, som kan hjælpe os med at maksimere evolutionære fremskridt gennem selektion, og de har længe været brugt i landbrug og dyreavl – fra de afgrøder, vi spiser, til de hunde, vi har i vores hjem.
To centrale begreber er vigtige her:
- 'Genetisk værdi' beskriver, hvor egnet et individ er til avl.
- 'Genetiske korrelationer' beskriver, hvordan forskellige egenskaber har et fælles genetisk udgangspunkt.
Til beregning af dette skal man måle bestemte egenskaber som varmetolerance og samtidig vide noget om slægtskab mellem individer, for eksempel om de er hel- eller halvsøskende. Det er dog svært hos vilde koraller, som spreder sig vidt og ofte ikke er beslægtede med deres nærmeste naboer på revet.
Sjælden mulighed
Vores opdrættede bestand, som rummer både beslægtede og ubeslægtede individer, giver en sjælden mulighed for at anvende kvantitativ genetik på voksne koraller.
Forestil dig, at en voldsom hedebølge har ført til omfattende koraldød.
Hvilke koraller bør vi vælge til formering eller avl?
Det kan virke oplagt at vælge de overlevende, men overlevelse alene er ikke nødvendigvis tegn på genetisk robusthed over for varme.
En koral kan have overlevet tilfældigt.
Måske stod den i skygge eller havde større energireserver, mens alle dens slægtninge døde. Hvis man vælger sådanne individer til avl, vil det ikke nødvendigvis gøre fremtidige generationer mere modstandsdygtige.
Hvis hele familier derimod enten overlever eller dør, tyder det på, at der er et genetisk grundlag for varmetolerance. Her kan kvantitativ genetik hjælpe med at træffe mere kvalificerede valg.
Men uden naturligt forekommende hedebølger, hvordan finder vi så på forhånd de mest robuste koraller?
Her har vi brug for en såkaldt proxy, en egenskab, der er let at måle, og som genetisk hænger sammen med (og derfor kan forudsige) et individs evne til at overleve en hedebølge.
Genetisk kobling
Vi testede korallernes varmetolerance under fire forskellige temperaturpåvirkninger: fra en måneds eksponering ved 32,5 °C til et hurtigt varmechok på op til 38,5 °C.
Disse temperaturer ligger over det, man normalt ser i naturen.
I takt med at de eksperimentelle forhold blev mere ekstreme, fandt vi, at koblingen til overlevelse under marine hedebølger blev svagere.
De forskellige former for varmetolerance bygger nemlig på lidt forskellige biologiske mekanismer, så det er afgørende at vælge de rigtige egenskaber at teste.
Hvis vi vælger de forkerte indikatorer, vil det ikke forbedre korallernes evne til at overleve hedebølger.
Men tilpasning handler om mere end varmetolerance. Vækst, energireserver og reproduktion er alle afgørende for sunde bestande. Hvis øget varmetolerance sker på bekostning af disse egenskaber, vil det i sidste ende svække bestanden.
Heldigvis fandt vi ingen tegn på negative genetisk kobling mellem de egenskaber, vi undersøgte.
Tilpasning til fremtiden
For at undersøge, hvordan styret evolution kan forbedre varmetolerance over tid, udviklede vi en computersimulering.
Den viste, at det er muligt at opnå et toleranceniveau, der kan klare fremtidige hedebølger, men kun under visse betingelser.
Udvælgelsen skal målrettes direkte mod overlevelse under langvarige hedebølger. Det betyder, at kun de fem procent mest varmetolerante koraller bør bruges som ’forældre’ i avlen, og processen skal gentages over flere generationer.
En så intensiv selektion giver dog andre udfordringer, som at bevare genetisk diversitet og håndtere det praktiske arbejde i stor skala.
Hvis man for eksempel skal bruge 50 koraller til avl for at sikre tilstrækkelig genetisk variation, og kun vælger de bedste fem procent, skal man teste omkring 1.000 koraller. Det er logistisk meget krævende.
Vores modeller viser, at styret evolution kan give mærkbare forbedringer i korallers varmetolerance, men det kræver, at vi nøje udvælger egenskaber og en stærk, vedvarende selektion.
Samtidig er det stadig afgørende, at udledningen af drivhusgasser bliver reduceret for at begrænse den fremtidige opvarmning.
I kombination med dette vil strategisk forvaltning af lokale økosystemer – fra naturbeskyttelse til styret evolution – være afgørende for at hjælpe nøglearter med at tilpasse sig og overleve i vores stadig og hurtigt varmere verden.
Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
\ Kilder
