مرجان سنگی و ترشح اسیدهای غنی از پروتئین

تحقیقات و بررسی‌های گسترده نشان می‌دهند که مرجان‌ها در مقابل اسیدی شدن مقاوم‌تر هستند تا آنچه که ما پیش‌تر فکر می‌کردیم. یک تحقیق جدید و دقیق به نمایش گذاشته است که مرجان‌های سنگی پروتئین‌هایی را ترشح می‌کنند که این پروتئین‌ها به واقع مواد معدنی را تشکیل می‌دهند و این پروتئین‌ها دارای خصوصیت اسیدی هستند.

توجه: Stylophora pistillata، یک نمونه زیبا و مطالعه‌شده از مرجان‌های سنگی، عمدتاً در اقیانوس هند یافت می‌شود.

مرجان سنگی

تحقیقات جدید نشان می‌دهند که مرجان‌ها در برابر آبهای اسیدی دریا چقدر مقاوم هستند و دانشمندان به درک بیشتری از این موضوع دست یافته‌اند. بسیاری از مطالعات نشان می‌دهند که مرجان‌ها حتی در شرایط کم pH قادر به ساخت اسکلت هستند. این یافته‌ها نتایج تجربیات نگهدارندگان آکواریوم‌های مرجانی را تداعی می‌کنند که با مدیریت عوامل واکنشی کلسیم، تاثیر کاهش pH آب مخزن را تجربه می‌کنند.

همچنین، تحقیقات متعدد اخیر نشان می‌دهند که مرجان‌های سنگی قابلیت تنظیم pH داخلی خود را دارند. یک مطالعه جدید در حال حاضر به این نتیجه رسیده است که مرجان‌ها، پروتئین‌های غنی از اسید را برای کمک به ساختاردهی کربنات کلسیم اسکلت خود ترشح می‌کنند. این نتایج نشان می‌دهند که مرجان‌ها عملاً به جای ترس از اسید، به پروتئین‌های اسیدی برای فرایند ساختاردهی کلسیم وابسته هستند.

این یافته، دانش و درک ما از قبلی در مورد نحوه‌ی ساخت اسکلت‌بندی مرجان‌ها را چالش می‌کند. این نتایج ممکن است برای مرجان‌های سنگی اخبار تازه باشند، اما این به معنای آن نیست که صخره‌های مرجانی در سراسر جهان به صورت واضح و روشن تغییر کرده‌اند. واقعیت این است که به دلیل افزایش دمای دریا، صخره‌های مرجانی در سراسر جهان هنوز هم به میزان بالایی از خطرات و تلفات ناشی از پدیده‌های سفید شدن مرجانی معرض هستند.

هرچند مرجان‌ها ممکن است نسبت به اسیدی شدن مقاوم باشند، اما در مقابل آب‌های گرم، داستان متفاوتی را روایت می‌کنند. اسیدی شدن همچنین اثبات کرده است که برای سایر جانداران مانند ماهیان، صدف‌ها و انواع دیگر از پوست‌های سخت، اثرات منفی و آسیب‌زا به همراه دارد. مرجان‌های سنگی، نسبت به تغییرات جوی، مقاوم‌تر از آن چه که ممکن بود فکر شود.

بر اساس مطالعه و بررسی انجام شده توسط دانشگاه راتگرز، نتایج نشان می‌دهند که مرجان‌ها به پروتئین‌ها برای کمک به ساخت اسکلت سخت خود وابسته هستند. این یافته نشان می‌دهد که ممکن است مرجان‌های سنگی نسبت به اسیدی شدگی اقیانوس مقاوم‌تر باشند از آنچه که اولیه فکر می‌شد.

پائول جی. فالکوفسکی، استاد برجسته آزمایشگاه اکولوژی مولکولی و بیوفیزیک زیست محیطی در دانشگاه راتگرز-نیو برانزویک، اظهار داشت: “خط زیر بیانگر این است که مرجان‌ها حتی در شرایط نامساعد، قابلیت اسکلت‌سازی را دارند.” او افزود: “احتمالاً حتی در زمانی که اقیانوس به دلیل سوخت فسیلی کمی اسیدی شود، مرجان‌ها قادر به ساختاردهی اسکلت خود خواهند بود.”

گروه تحقیقاتی دانشگاه راتگرز، اعم از نویسنده ارشد استانیسلاس فون یو، یک مطالعه پیشگام در آزمایشگاه فالکوفسکی را انجام داده و جزئیات یافته‌های خود را اکنون در یک پژوهش برجسته به صورت آنلاین در یک نشریه علمی منتشر کرده‌اند. این گروه با استفاده از روش‌های عملی موادشناسی، از تکنولوژی بالا در تصویربرداری استفاده کرده و نشان داده‌اند که مرجان‌ها برای ساخت اسکلت‌های سخت از پروتئین‌های غنی از اسید بهره می‌برند که این اسکلت‌ها از مواد معدنی کربنات کلسیم ساخته می‌شوند.

فالکوسفکی

فالکوفسکی اظهار داشت: “آنچه که ما نشان می‌دهیم، این است که مدل‌های علمی دهه‌های گذشته برای توضیح نحوه‌ی اسکلت‌سازی مرجان‌ها اشتباه بوده‌اند.” این پژوهش با دقت بسیار بالا نشان می‌دهد که مرجان‌های سنگی پروتئین‌هایی ترشح می‌کنند و این پروتئین‌ها همانند مواد معدنی را تشکیل می‌دهند. این پروتئین‌ها دارای خصوصیت اسیدی بسیار بالا هستند که ممکن است برخی از افراد را متعجب کند.

مرجان‌ها اساساً ارگانیسم‌های گروه زی هستند که در خود صدها تا صدها هزار پولیپ را جای داده‌اند. صخره‌هایی که توسط گونه‌های مرجانی سنگی ساخته می‌شوند، در آب‌های کم عمق، به عنوان یکی از متنوع‌ترین اکوسیستم‌های جهان شناخته می‌شوند. هزاران گونه از ماهی‌ها و سایر موجودات دریایی برای بقا به این صخره‌ها وابسته‌اند، و به گفته سازمان جوی و اقیانوسی ملی، هزاران جامعه انسانی نیز به این صخره‌ها برای تأمین غذا، حفاظت و ایجاد مشاغل متکی هستند.

فالکوفسکی بیان کرد که مرجان‌ها در طولانی مدت با چالش‌های محیطی متعددی روبرو می‌شوند. مسائلی نظیر سفید شدن بالقوه ناشی از گرمایش جهانی و تغییرات سریع دما، آلودگی مواد غذایی، تخریب فیزیکی صخره‌های مرجانی و اسیدی شدن اقیانوس که به انتشار دی‌اکسید کربن مرتبط است، از جمله چالش‌هایی هستند که این ارگانیسم‌ها با آنها روبرو می‌شوند. اقیانوس‌ها از سوختن مواد فسیلی دی‌اکسید کربن را جذب می‌کنند و تغییرات در کاربری زمین نیز، طبق گزارش NOAA، منجر به کاهش pH و افزایش اسیدیته اقیانوس‌ها می‌شود.

اسیدی شدن اقیانوس‌ها باعث کاهش مقادیر کانی‌های کربنات کلسیم در بسیاری از نقاط می‌شود، که احتمالاً توانایی برخی از ارگانیسم‌ها را برای ایجاد و حفظ پوسته‌های خود تخت خواهد کرد.

دو فرضیه اصلی

بر اساس مطالعات و بررسی‌های انجام شده در دانشگاه راتگرز، دو فرضیه اصلی در مورد روش اسکلت‌سازی مرجان‌های سنگی وجود دارد. یکی از این فرضیه‌ها به واسطه‌ی فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی است که در حالت اولویت قرار دارد، و دیگری به واسطه‌ی فرآیندهای محرک زیستی.

دانشمندان دانشگاه راتگرز به بررسی دقیق یک نمونه از مرجان سنگی به نام Stylophora pistillata در اقیانوس هند پرداختند. از تصویربرداری سه‌بعدی با وضوح بالا و طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی دوبعدی (NMR) برای این مطالعه استفاده کردند. نتایج حاکی از این بود که مرجان‌های سنگی از طریق یک فرآیند محرک زیستی، مواد معدنی خود را تشکیل داده و رسوب می‌کنند.

فالکوفسکی اظهار کرد: “برای درک زیرساختار اسکلت مرجانی در جهان، از مجموعه‌ای از تکنیک‌های هماهنگ بهره گرفتیم.” این تکنیک‌ها شامل طیف‌سنجی، تصویربرداری رامان، و اسکن میکروسکوپی یون هلیم بودند. دانشمندان در نتیجه به این نتیجه رسیدند که ذرات نانوی تصادفی در ریزمحیط‌های مرجانی، که غنی از مواد آلی هستند، ذخیره می‌شوند. این ذرات نانو روی هم انباشته می‌شوند و ساختارهای سنگی با استفاده از کربنات کلسیم، که به آراگونیت معروف هستند، با رشد کریستال‌ها (آبگینه‌ها) تشکیل می‌شوند.

با استفاده از تصویربرداری NMR، نتایج حاکی از این است که پروتئین‌های غنی از اسید، عوامل محرک اصلی در ساخت اسکلت مرجانی هستند. فالکوفسکی توضیح داد: “پروتئین‌ها در محدوده pH 7-8.5 (بر اساس مقیاس اسیدیته و قلیایی) به خوبی عمل می‌کنند. محیطی با این pH (که در اقیانوس معمولاً در حدود 8.1 یا 8.2 است) برای آن‌ها هنوز هم بسیار مناسب است. اگر حتی در آینده احتمالاً pH اقیانوس کاهش یابد و به 7.8 برسد، مرجان‌های سنگی همچنان قادر به ساخت اسکلت خود خواهند بود.”