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Apr 28, 2023

산호의 순응

커뮤니케이션 생물학 볼륨

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 66(2023) 이 기사 인용

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대기 중 CO2 농도 증가로 인한 해양 탄산염 화학 변화로 인한 해양 산성화는 산호를 포함한 많은 석회화 유기체를 위협하고 있습니다. 여기에서 우리는 Panarea Island (이탈리아)의 CO2 배출구에서 낮은 pH / 높은 pCO2 조건에 순응 한 지중해 Zooxanthellate 경화성 산호 Balanophyllia europaea의 자가 영양 대 종속 영양 변화를 평가했습니다. 와편모충 내부공생체 밀도는 숙주 특이적 공생체 종인 Philozoon balanophyllum의 뚜렷한 일배체형 분포 변화가 관찰된 가장 낮은 pH 사이트에서 더 높았습니다. 공생체 C/N 비율의 증가는 낮은 pH에서 관찰되었으며, 이는 더 높은 공생체 세포 밀도에 의한 C 고정 증가의 결과일 가능성이 높습니다. 공생체와 숙주 조직의 δ13C 값은 가장 낮은 pH 지점에서 비슷한 값에 도달했는데, 이는 산성화가 증가함에 따라 자가 영양의 영향이 증가했음을 시사합니다. 0‰의 숙주 조직 δ15N 값은 낮은 pH 부위의 산호 조직/점액 내에서 diazotroph N2 고정이 발생하고 있음을 강력히 시사하며, 산성화에 따른 숙주 조직 C/N 비율의 감소를 설명할 가능성이 높습니다. 전반적으로, 우리의 연구 결과는 영양 조정과 산성화 증가에 따른 공생 일배체형 차이를 통해 이러한 산호-와편모충 상호주의의 순응을 보여주며, 일부 산호는 세기말 시나리오에서 예측되는 해양 산성화에 적응할 수 있음을 강조합니다.

인류세 시대1를 정의하는 특징은 인간 활동이 지구 변화2의 원동력으로 출현한다는 점입니다. 이는 유기체의 적응이 급변하는 환경 조건3에 보조를 맞출 수 있는지에 대한 우려를 불러일으키는 속도로 발생하고 있습니다. 해양 온난화 및 산성화와 관련된 스트레스 요인은 산호를 포함한 해양 생물군에 대한 가장 직접적이고 광범위한 인위적 변화 중 하나입니다4. ca.에서 pH 감소. 8.2 산업혁명 이전부터 ca. 8.1 CO2가 두 배로 증가하면 바닷물의 탄산칼슘 포화 상태가 점차 감소합니다5. 이 현상은 산호의 석회화 능력에 부정적인 영향을 미칠 것으로 예상됩니다6,7. 그러나 관용성 박테리아 및/또는 와편모충 공생체의 자연 선택, 환경 스트레스 반응 유전자의 차별적 조절과 같은 경험적 증거는 환경 변화에 적응하고 유전적으로 적응하는 산호의 능력이 과소평가되었음을 시사합니다. 실제로, 이 고대 유기체는 수억 년에 걸친 지구 기후 변화 속에서도 살아남고, 진화하고, 적응해 왔습니다11,12,13,14.

일반적으로 Zooxanthellae라고 불리는 경화성 산호와 와편모충 미세조류(Symbiodiniaceae과) 사이의 공생은 광범위하게 연구되었습니다15,16,17. Zooxanthellae는 광합성으로 고정된 탄소16를 제공하는 동시에 숙주 호흡 및 배설 부산물18을 재활용함으로써 숙주의 에너지 예산에 크게 기여합니다. 이러한 공생에서 탄소와 질소는 모두 종속영양과 자가영양을 통해 얻어질 수 있으며 숙주와 와편모충 공생체 사이에서 재활용됩니다. 일반적으로 공생은 호흡에 필요한 대부분의 탄소를 제공하는 반면, 동물성 플랑크톤과 입자성 유기 물질에 대한 포식은 여전히 ​​질소와 인 요구 사항을 충족하는 데 필요합니다. 그럼에도 불구하고, 숙주 영양에 대한 종속 영양과 자가 영양의 상대적인 기여는 종, 개체군, 환경 및/또는 개체 발생에 따라 다릅니다.

많은 실험 연구의 중요한 한계는 해양 산성화가 진행되는 속도(10년)와 생물학적 규모(생태계)를 재현하는 것이었습니다. 자연적인 CO2 배출구는 주변 해수를 산성화하여 미래의 해양 산성화 예측을 모방하는 탄산염 화학 조건을 생성합니다. CO2 발생원에서 방출되는 횡단면을 따라 살고 있는 자연 개체군을 조사함으로써 이러한 시스템은 공간을 시간으로 대체할 수 있게 하여 해양 산성화에 대한 순응 및 적응에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다29. 이 연구는 이탈리아 파나레아 섬(Panarea Island) 근처의 CO2 화산 분출구에 서식하는 Zooxanthellate 경화성 산호 Balanophyllia europaea의 자연 개체군을 대상으로 수행되었습니다. 10m 깊이의 이 수중 분화구는 지속적인 가스 배출(계기적으로 감지할 수 있는 독성 화합물이 없는 98~99% CO2)을 방출하여 보수적이고 최악의 IPCC 시나리오에서 2100년에 예상되는 해양 산성화 조건과 함께 주변 온도에서 안정적인 pH 구배를 생성합니다31,32 . pH가 감소함에 따라 B. europaea는 개체 밀도33 및 순 석회화 속도가 감소하는 것을 보여줍니다. 후자는 골격 다공성이 증가한 결과입니다. 반면 선형 확장 속도는 보존되어24 산호가 성적으로 성숙할 때 크기에 도달할 수 있습니다28. 또한 B. europaea는 골격 탄산칼슘 다형체, 유기 매트릭스 함량, 아라고나이트 섬유 두께 및 골격 경도, 석회화 유체 pH 및 pH34 감소에 따른 총 석회화를 변경하지 않고 유지합니다.