چگونه دانشمندان دریای سرخ با استفاده از پروبیوتیک‌ها و مگا-پرورشگاه‌ها، مرجان‌های جهان را در برابر گرما مقاوم می‌کنند

برای دهه‌ها، حفاظت از محیط زیست دریایی بر استراتژی حفاظت غیرفعال متکی بود: ایجاد ذخیره‌گاه‌های دریایی، محدود کردن ماهیگیری، و امید به اینکه اکوسیستم‌ها بتوانند طوفان تغییرات اقلیمی را پشت سر بگذارند. اما با شکستن رکوردهای تاریخی دمای اقیانوس‌ها، دانشمندان درک می‌کنند که صرفاً رها کردن صخره‌های مرجانی دیگر کافی نیست. با پیش‌بینی کارشناسان مبنی بر اینکه تا سال ۲۰۵۰، تا ۹۰٪ از صخره‌های مرجانی جهان تنش گرمایی شدید و تهدیدکننده حیات را تجربه خواهند کرد، الگو از مشاهده غیرفعال به سمت مداخله پزشکی فعال و با فناوری پیشرفته در حال تغییر است.[1][5]

کانون این تغییر رادیکال، دریای سرخ است. برخلاف مرجان‌های اقیانوس آرام یا کارائیب که اغلب با کوچکترین افزایش دما سفید شده و می‌میرند، مرجان‌های دریای سرخ در یکی از گرم‌ترین و شورترین پهنه‌های آبی کره زمین تکامل یافته‌اند. آنها به طور طبیعی در برابر گرما مقاوم هستند. اکنون، ائتلافی بزرگ از زیست‌شناسان دریایی، متخصصان ژنتیک و مهندسان در عربستان سعودی در تلاشند تا رمز این مقاومت را کشف کرده و آن را به سایر نقاط جهان صادر کنند.[2][3]

در قلب این تلاش، «طرح احیای مرجان‌های کائوست» (KCRI) قرار دارد که به طور گسترده به عنوان بزرگترین پروژه احیای مرجان در جهان شناخته می‌شود. محققان دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله (KAUST)، با همکاری طرح توسعه مگا-شهر نئوم (NEOM)، روش‌های سنتی و دستی گذشته که توسط غواصان انجام می‌شد را کنار گذاشته‌اند. در عوض، آنها در حال صنعتی کردن ترمیم صخره‌های مرجانی هستند. یک پرورشگاه آزمایشی که به تازگی در ساحل شمال غربی عربستان سعودی راه‌اندازی شده است، در حال حاضر سالانه ۴۰,۰۰۰ مرجان تولید می‌کند و به عنوان الگویی برای یک تأسیسات عظیم و خشکی‌محور عمل می‌کند که قرار است تا پایان سال ۲۰۲۶، سالانه ۴۰۰,۰۰۰ مرجان تولید کند.[1][3]

اما افزایش مقیاس تولید تنها نیمی از نبرد است؛ مرجان‌ها باید برای بقا در اقیانوس‌های داغ آینده نیز مجهز شوند. اینجاست که علم «پروبیوتیک‌های مرجانی» وارد عمل می‌شود. همانطور که انسان‌ها برای تقویت سلامت روده و ایمنی، باکتری‌های مفید مصرف می‌کنند، زیست‌شناسان دریایی نیز در حال توسعه کوکتل‌های میکروبی سفارشی برای تقویت مرجان‌ها در برابر تنش گرمایی هستند.[2]

در مجموعه‌ای از آزمایش‌های پیشگامانه، محققان شش سویه باکتریایی مفید را از گونه‌های مرجانی که به طور طبیعی مقاوم بودند، جدا کردند. سپس مرجان‌های آسیب‌پذیر را با این مخلوط پروبیوتیک واکسینه کرده و آنها را در معرض یک موج گرمایی دریایی شبیه‌سازی شده قرار دادند که دمای آب را به مدت ده روز تا ۳۰ درجه سانتیگراد (۸۶ درجه فارنهایت) افزایش داد. نتایج حیرت‌آور بود. در حالی که مرجان‌های درمان‌نشده دچار سفیدشدگی شدید و نرخ مرگ و میر ۴۰٪ شدند، مرجان‌هایی که با پروبیوتیک درمان شده بودند، نرخ بقای ۱۰۰٪ را نشان دادند و با موفقیت آنچه دانشمندان «اختلال پس از تنش گرمایی» می‌نامند را کاهش دادند.

مکانیسم پشت این بقا در «هولوبیونت» (Holobiont) مرجان نهفته است—یعنی رابطه پیچیده و همزیستی بین میزبان حیوانی، جلبک‌های فتوسنتزکننده آن، و میکروبیوم آن. هنگامی که دمای اقیانوس افزایش می‌یابد، مرجان‌ها دچار استرس شده و جلبک‌هایی را که غذا و رنگ آنها را تأمین می‌کنند، بیرون می‌ریزند که منجر به سفیدشدگی می‌شود. درمان‌های پروبیوتیک به عنوان یک لنگر بیولوژیکی عمل کرده، میکروبیوم را تثبیت می‌کنند و به مرجان کمک می‌کنند تا عملکردهای متابولیک خود را حتی با گرم شدن آب حفظ کند.[5]

توالی‌یابی ژنتیکی اخیر لایه دیگری به این کشف اضافه کرده است. دانشمندان دریافتند که در مقاوم‌ترین مرجان‌ها در برابر گرما، «میکرویوکاریوت‌های» خاصی—ارگانیسم‌های میکروسکوپی دارای هسته مشخص—نقشی غالب در تنظیم متابولیسم حیوان ایفا می‌کنند. محققان با شناسایی و کشت این ریزموجودات خاص، در حال ساختن زرادخانه‌ای از ابزارهای بیولوژیکی هستند که می‌توانند برای محیط‌های مختلف صخره‌های مرجانی در سطح جهان سفارشی‌سازی شوند.[2]

فراتر از پروبیوتیک‌ها، محققان همچنین در حال بررسی مداخلات تغذیه‌ای مستقیم هستند. یک مطالعه اخیر که مورد بازبینی همتایان قرار گرفته، مکمل‌های آنتی‌اکسیدانی هدفمند را بر روی سه گونه مرجانی دریای سرخ آزمایش کرد. از آنجایی که تنش اکسیداتیو—آسیب سلولی ناشی از گونه‌های فعال اکسیژن—یکی از عوامل اصلی سفیدشدگی مرجان‌ها است، تیم تحقیقاتی قبل از یک چالش گرمایی، مرجان‌ها را با یک رژیم غذایی آنتی‌اکسیدانی تخصصی تغذیه کردند. مرجان‌هایی که مکمل دریافت کرده بودند، عملکرد فتوسنتزی و سلامت سلولی بسیار بالاتری را حفظ کردند و ثابت کردند که «تغذیه» پیشگیرانه می‌تواند به عنوان سپری در برابر موج‌های گرمایی دریایی عمل کند.[4]

برای آزمایش این مداخلات در خارج از آزمایشگاه، دانشگاه کائوست اولین «دهکده پروبیوتیک‌های مرجانی» جهان را تأسیس کرده است. این آزمایشگاه دائمی زیر آب، که در ۲۰ کیلومتری سواحل عربستان سعودی واقع شده است، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا نحوه عملکرد مرجان‌های رشدیافته در آزمایشگاه و تقویت‌شده بیولوژیکی را در جریان‌های غیرقابل پیش‌بینی و شبکه‌های غذایی پیچیده اقیانوس باز نظارت کنند. این دهکده به عنوان یک پل حیاتی بین مطالعات کنترل‌شده آکواریومی و استقرار در صخره‌های مرجانی وحشی عمل می‌کند.[2][3]

هدف نهایی برای این مرجان‌های تقویت‌شده، جزیره شوشه (Shushah Island) است، جایی که KCRI قصد دارد ۱۰۰ هکتار از چشم‌انداز صخره‌های مرجانی تخریب‌شده را احیا کند. این استقرار گسترده از ساختارهای صخره‌ای طبیعی و مصنوعی استفاده خواهد کرد و مرجان‌های رشدیافته در آزمایشگاه را در یک اکوسیستم شکوفا و خودکفا ادغام می‌کند. در صورت موفقیت، پروژه جزیره شوشه ثابت خواهد کرد که مداخله انسانی نه تنها می‌تواند زوال صخره‌های مرجانی را متوقف کند، بلکه فعالانه آن را در مقیاس وسیع معکوس سازد.[3]

با این حال، این فناوری بدون نیروی کار لازم برای استقرار آن بی‌فایده است. با درک کمبود جهانی متخصصان آموزش‌دیده در زمینه احیا، «پلتفرم شتاب‌دهنده تحقیق و توسعه مرجان» (CORDAP) که تحت رهبری عربستان سعودی است، یک طرح بین‌المللی «آموزش مربیان» را راه‌اندازی کرده است. این برنامه با آوردن مدیران محیط زیست و دانشمندان از سراسر جهان به دریای سرخ، قصد دارد این تکنیک‌های پیشرفته تکثیر و واکسیناسیون را منتشر کند و اطمینان حاصل کند که کشورهای در حال توسعه با خطوط ساحلی آسیب‌پذیر می‌توانند پرورشگاه‌های در مقیاس صنعتی خود را بسازند.

سؤالاتی در مورد دوام بلندمدت این مداخلات باقی مانده است. دانشمندان هنوز در حال بررسی این موضوع هستند که آیا واکسیناسیون‌های پروبیوتیک باید به طور مداوم در صخره‌های وحشی تکرار شوند، یا اینکه میکروبیوم‌های تقویت‌شده می‌توانند به طور طبیعی به نسل‌های آینده مرجان‌ها منتقل شوند. علاوه بر این، در حالی که این ابزارهای بیولوژیکی می‌توانند زمان حیاتی بخرند، اگر انتشار جهانی کربن کنترل نشود، نمی‌توانند برای همیشه از شیمی بنیادی اسیدی شدن اقیانوس‌ها پیشی بگیرند.[5]

با وجود این عدم قطعیت‌ها، حال و هوای زیست‌شناسان دریایی از ناامیدی به خوش‌بینی مصمم تغییر کرده است. دریای سرخ به چراغ راهی برای نوآوری تبدیل شده است و ثابت می‌کند که با سرمایه‌گذاری کافی، بیوتکنولوژی پیشرفته و افزایش مقیاس صنعتی، بشریت ابزارهایی برای احیای یکی از حیاتی‌ترین اکوسیستم‌های سیاره زمین در اختیار دارد.[1][5]