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

برای دهه‌ها، حفاظت دریایی بر یک استراتژی حفاظت منفعل تکیه کرده است: ایجاد مناطق حفاظت‌شده دریایی، محدود کردن ماهیگیری، و امید به اینکه اکوسیستم‌ها بتوانند در برابر طوفان تغییرات اقلیمی مقاومت کنند. اما با شکسته شدن 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، ۹۰٪ از صخره‌های مرجانی جهان تنش گرمایی شدید و تهدیدکننده حیات را تجربه خواهند کرد، پارادایم از مشاهده منفعل به مداخله پزشکی فعال و 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 آب‌های کره زمین تکامل یافته‌اند. آن‌ها به طور طبیعی در برابر گرما مقاوم هستند. اکنون، ائتلافی عظیم از زیست‌شناسان دریایی، ژنتیک‌دانان و مهندسان در عربستان سعودی در تلاشند تا رمز این تاب‌آوری را کشف کرده و آن را به سایر نقاط جهان صادر کنند.[2][3]

در قلب این تلاش، طرح احیای مرجان کاوست (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 که توسط غواصان انجام می‌شد را کنار گذاشته‌اند. در عوض، آن‌ها در حال صنعتی‌سازی ترمیم صخره‌ها هستند. یک پرورشگاه آزمایشی که اخیراً در سواحل شمال غربی عربستان سعودی راه‌اندازی شده، در حال حاضر سالانه ۴۰,۰۰۰ مرجان تولید می‌کند و به عنوان طرح اولیه برای یک مرکز عظیم و زمینی عمل می‌کند که قرار است تا پایان سال ۲۰۲۶، سالانه ۴۰۰,۰۰۰ مرجان تولید کند.[1][3]

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

در یک سری 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 ترکیب پروبیوتیک تلقیح کرده و آن‌ها را در معرض یک موج گرمای دریایی شبیه‌سازی شده قرار دادند، به طوری که دمای آب به مدت ده روز به ۳۰ درجه سانتیگراد (۸۶ درجه فارنهایت) رسید. نتایج حیرت‌آور بود. در حالی که مرجان‌های درمان‌نشده دچار سفیدشدگی شدید و نرخ مرگ و میر ۴۰٪ شدند، مرجان‌های تحت درمان با پروبیوتیک‌ها نرخ بقای ۱۰۰٪ را نشان دادند و با موفقیت آنچه را که دانشمندان «اختلال پس از تنش گرمایی» می‌نامند، کاهش دادند.

مکانیسم پشت این بقا در «هولوبیونت» مرجان نهفته است—رابطه پیچیده و همزیستی بین میزبان حیوانی، جلبک‌های فتوسنتزکننده و میکروبیوم آن. هنگامی که دمای اقیانوس افزایش می‌یابد، مرجان‌ها دچار تنش 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 می‌کنند، میکروبیوم را تثبیت کرده 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» خاص—ارگانیسم‌های میکروسکوپی با هسته مشخص—نقش غالبی در تنظیم متابولیسم حیوان ایفا می‌کنند. با شناسایی و کشت این ریزموجودات خاص، محققان در حال ساختن زرادخانه‌ای از ابزارهای بیولوژیکی هستند که می‌توانند برای محیط‌های مختلف صخره‌ای 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 اکسیژن فعال—عامل اصلی سفیدشدگی مرجان‌ها است، تیم تحقیقاتی قبل از یک چالش حرارتی، مرجان‌ها را با یک رژیم غذایی آنتی‌اکسیدانی تخصصی تغذیه کرد. مرجان‌های مکمل‌دار شده، عملکرد فتوسنتزی و سلامت سلولی به طور قابل توجهی بالاتری را حفظ کردند و ثابت کردند که «تغذیه» پیشگیرانه می‌تواند به عنوان سپری در برابر موج‌های گرمای دریایی عمل کند.[4]

برای آزمایش این مداخلات در خارج از آزمایشگاه، کاوست اولین «دهکده پروبیوتیک‌های مرجانی» جهان را تأسیس کرده است. این آزمایشگاه دائمی زیر آب که در ۲۰ کیلومتری سواحل عربستان قرار دارد، 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 مکان به عنوان یک پل حیاتی بین مطالعات کنترل‌شده آکواریومی و استقرار در صخره‌های وحشی عمل می‌کند.[2][3]

هدف نهایی برای این مرجان‌های تقویت‌شده، جزیره شوشه (Shushah Island) است، جایی که KCRI قصد دارد ۱۰۰ هکتار از 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 به طور فعال آن را در مقیاس چشم‌انداز معکوس سازد.[3]

با این حال، این فناوری بدون نیروی کار برای استقرار آن بی‌فایده است. پلتفرم شتاب‌دهنده تحقیق و توسعه مرجان (CORDAP) به رهبری عربستان، با درک کمبود جهانی متخصصان آموزش‌دیده احیا، یک ابتکار 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 تلقیح را منتشر کند و اطمینان حاصل کند که کشورهای در حال توسعه با سواحل آسیب‌پذیر می‌توانند پرورشگاه‌های صنعتی خود را بسازند.

سؤالاتی در مورد دوام بلندمدت این مداخلات باقی می‌ماند. دانشمندان هنوز در حال مطالعه هستند که آیا تلقیح‌های پروبیوتیکی باید به طور مداوم در صخره‌های وحشی تکرار شوند، یا اینکه میکروبیوم‌های تقویت‌شده می‌توانند به طور طبیعی به نسل‌های آینده مرجان منتقل شوند. علاوه بر این، در حالی که این ابزارهای بیولوژیکی می‌توانند زمان حیاتی را بخرند، اگر انتشار کربن جهانی کنترل نشود، نمی‌توانند به طور نامحدود 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 چراغی از نوآوری تبدیل شده است و ثابت می‌کند که با سرمایه‌گذاری کافی، بیوتکنولوژی پیشرفته و مقیاس‌گذاری صنعتی، بشریت ابزارهایی برای احیای یکی از حیاتی‌ترین اکوسیستم‌های سیاره را در اختیار دارد.[1][5]