دانشمندان دریای سرخ چگونه از پروبیوتیک‌ها و مگا-پرورشگاه‌ها برای مقاوم‌سازی مرجان‌های جهان در برابر گرما استفاده می‌کنند؟

برای دهه‌ها، حفاظت از محیط زیست دریایی متکی بر یک استراتژی حفاظت غیرفعال بود: 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، تا ۹۰ درصد از صخره‌های مرجانی جهان دچار تنش گرمایی شدید و تهدیدکننده حیات خواهند شد، الگو از مشاهده غیرفعال 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، متخصصان ژنتیک 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 KAUST» (KCRI) قرار دارد که به عنوان بزرگترین پروژه احیای مرجان در جهان شناخته می‌شود. محققان دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله (KAUST) با همکاری پروژه توسعه مگا-شهر نئوم (NEOM)، روش‌های سنتی و مبتنی بر غواصان 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 است، در حال حاضر سالانه ۴۰,۰۰۰ مرجان تولید می‌کند و به عنوان الگویی برای یک مرکز عظیم زمینی 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 جوشان 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 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 مخلوط پروبیوتیک واکسینه کرده و آنها را در معرض یک موج گرمای دریایی شبیه‌سازی شده قرار دادند و دمای آب را به مدت ده روز به ۳۰ درجه سانتیگراد (۸۶ درجه فارنهایت) رساندند. نتایج خیره‌کننده بود. در حالی که مرجان‌های تیمار نشده دچار سفیدشدگی شدید و نرخ مرگ و میر ۴۰ درصدی شدند، مرجان‌های تیمار شده با پروبیوتیک نرخ بقای ۱۰۰ درصدی را نشان دادند و با موفقیت آنچه دانشمندان آن را «اختلال پس از تنش گرمایی» می‌نامند، کاهش دادند.

سازوکار 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 استرس شده و جلبک‌هایی را که غذای آنها را تأمین می‌کنند، دفع می‌کنند که منجر به سفیدشدگی می‌شود. تیمارهای 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. محققان با شناسایی و کشت این میکروارگانیسم‌های خاص، در حال ساختن زرادخانه‌ای از ابزارهای بیولوژیکی هستند که می‌توانند برای محیط‌های مختلف صخره‌ای در سطح جهانی سفارشی‌سازی شوند.[2]

فراتر از پروبیوتیک‌ها، محققان در حال بررسی مداخلات تغذیه‌ای مستقیم نیز هستند. یک مطالعه اخیر که توسط همتایان بررسی شده است، مکمل‌های آنتی‌اکسیدانی هدفمند را بر روی سه گونه مرجانی دریای سرخ آزمایش کرد. از آنجایی که استرس اکسیداتیو – آسیب سلولی ناشی از گونه‌های اکسیژن فعال – عامل اصلی سفیدشدگی مرجان است، تیم قبل از چالش حرارتی، مرجان‌ها را با یک رژیم غذایی آنتی‌اکسیدانی تخصصی تغذیه کرد. مرجان‌های مکمل‌دار عملکرد فتوسنتزی و سلامت سلولی بسیار 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، KAUST 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 پرورش‌یافته 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 است، جایی که KCRI قصد دارد ۱۰۰ هکتار از صخره‌های تخریب‌شده را احیا کند. این استقرار عظیم از ساختارهای صخره‌ای طبیعی و مصنوعی استفاده خواهد کرد و مرجان‌های پرورش‌یافته در آزمایشگاه را در یک اکوسیستم شکوفا و خودپایدار ادغام می‌کند. در صورت موفقیت، پروژه جزیره شوشه ثابت خواهد کرد که مداخله انسانی نه تنها می‌تواند روند زوال صخره‌های مرجانی را متوقف کند، بلکه فعالانه آن را در مقیاس چشم‌انداز معکوس سازد.[3]

با این حال، این فناوری بدون نیروی کار برای استقرار آن بی‌فایده است. با درک کمبود جهانی متخصصان آموزش‌دیده احیا، «پلتفرم شتاب‌دهنده تحقیق و توسعه مرجان» (CORDAP) به رهبری عربستان، 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 سواحل آسیب‌پذیر می‌توانند پرورشگاه‌های در مقیاس صنعتی خود را بسازند.

سوالاتی در مورد دوام بلندمدت این مداخلات باقی می‌ماند. 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 مرجان منتقل شوند. علاوه بر این، در حالی که این ابزارهای بیولوژیکی می‌توانند زمان حیاتی بخرند، اگر انتشار جهانی کربن بدون کنترل باقی بماند، نمی‌توانند به طور نامحدود از شیمی بنیادی اسیدی شدن اقیانوس 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 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]