Terumbu karang membutuhkan waktu ribuan tahun untuk dibangun, namun dapat menghilang dalam sekejap.
Konten terkait
- Karang Air Dalam Bersinar untuk Kehidupan Mereka
- Peristiwa Pemutihan Terbaru Mungkin Sudah Berakhir, Tapi Karang Masih Bahaya
Pelakunya biasanya pemutihan karang, penyakit yang diperburuk oleh pemanasan air yang saat ini mengancam terumbu karang di seluruh dunia. Peristiwa pemutihan terburuk yang tercatat melanda Pasifik Selatan antara tahun 2014 dan 2016, ketika suhu laut yang naik diikuti oleh gelombang El Nino yang hangat tiba-tiba membuat trauma Great Barrier Reef. Hanya dalam satu musim pemutihan menghancurkan hampir seperempat dari ekosistem yang luas, yang pernah menyebar hampir 150.000 mil persegi melalui Laut Koral.
"Betapapun mengerikannya, peristiwa pemutihan itu merupakan peringatan, " kata Rachel Levin, seorang ahli biologi molekuler yang baru-baru ini mengusulkan teknik berani untuk menyelamatkan ekosistem kunci ini. Idenya, yang diterbitkan dalam jurnal Frontiers in Microbiology, sederhana: Daripada menemukan simbion yang sehat untuk mengisi kembali karang yang memutih di alam, lebih baik merekayasa mereka di laboratorium. Mengingat bahwa ini akan memerlukan pengrusakan dengan alam secara signifikan, proposal tersebut kemungkinan akan mengaduk perairan yang kontroversial.
Tetapi Levin berpendapat bahwa dengan waktu yang hampir habis untuk terumbu di seluruh dunia, nilai potensial bisa sepadan dengan risikonya.
Levin belajar farmakologi kanker sebagai sarjana, tetapi menjadi terpesona oleh ancaman yang dihadapi kehidupan akuatik sambil mencoba-coba dalam kursus ilmu kelautan. Dia dikejutkan oleh fakta bahwa, tidak seperti dalam penelitian penyakit manusia, ada jauh lebih sedikit peneliti yang berjuang untuk memulihkan kesehatan laut. Setelah lulus, ia pindah dari California ke Sydney, Australia untuk mengejar gelar Ph.D. di Pusat Bio-Inovasi Kelautan di Universitas New South Wales, dengan harapan menerapkan keahliannya dalam penelitian penyakit manusia pada karang.
Dalam dunia kedokteran, seringkali dibutuhkan ancaman penyakit serius bagi para peneliti untuk mencoba pengobatan baru dan kontroversial (yaitu menggabungkan dua telur sehat wanita dengan sperma satu pria untuk membuat "bayi tiga orang tua"). Hal yang sama berlaku dalam ilmu lingkungan — sampai batas tertentu. "Seperti penyakit mengerikan pada manusia, ketika orang menyadari betapa mengerikannya situasi yang menjadi peneliti mulai mencoba untuk mengusulkan lebih banyak, " kata Levin. Namun, ketika menyangkut penyelamatan lingkungan, ada sedikit advokat yang mau menerapkan teknik-teknik berisiko dan inovatif.
Ketika sampai pada terumbu karang — wilayah laut yang sangat penting yang memiliki keanekaragaman yang mencengangkan serta melindungi massa daratan dari gelombang badai, banjir, dan erosi — keraguan itu bisa berakibat fatal.
Pemutihan karang sering disajikan sebagai kematian karang, yang sedikit menyesatkan. Sebenarnya, ini adalah perpecahan dari persatuan simbiotik yang memungkinkan karang untuk berkembang. Hewan karang itu sendiri seperti pengembang bangunan yang membangun perancah kompleks apartemen bertingkat tinggi. Pengembang menyewakan masing-masing dari miliaran kamar ke mikroba fotosintetik bersel tunggal yang disebut Symbiodinium.
Tetapi dalam kasus ini, sebagai ganti tempat yang aman untuk hidup, Symbiodinium membuat makanan untuk karang menggunakan fotosintesis. Sebaliknya, karang yang memutih seperti bangunan yang sepi. Tanpa penyewa untuk membuat makanan mereka, karang akhirnya mati.
Meskipun pemutihan bisa mematikan, itu sebenarnya strategi evolusi yang cerdas dari karang. Symbiodinium diharapkan untuk menegakkan akhir dari tawar-menawar mereka. Tetapi ketika air menjadi terlalu hangat, mereka berhenti melakukan fotosintesis. Ketika makanan itu menjadi langka, karang mengirimkan pemberitahuan penggusuran. “Ini seperti memiliki penyewa yang buruk — Anda akan menyingkirkan apa yang Anda miliki dan melihat apakah Anda dapat menemukan yang lebih baik, ” kata Levin.
Tetapi ketika lautan terus menghangat, semakin sulit untuk menemukan penyewa yang baik. Itu berarti penggusuran bisa berisiko. Di lautan yang memanas, hewan karang mungkin mati sebelum dapat menemukan penyewa yang lebih baik — skenario yang telah menghancurkan ekosistem terumbu di sekitar planet ini.
Levin ingin menyelesaikan masalah ini, dengan menciptakan resep langsung untuk membangun super-simbion yang dapat mengisi kembali karang yang memutih dan membantu mereka bertahan melalui perubahan iklim — pada dasarnya, penyewa yang sempurna. Tapi dia harus mulai dari yang kecil. Pada saat itu, “ada begitu banyak lubang dan celah yang menghalangi kami untuk maju, ” katanya. "Yang ingin saya lakukan adalah menunjukkan bahwa kami dapat merekayasa genetika [ Symbiodinium ]."
Bahkan itu akan terbukti sulit. Tantangan pertama adalah bahwa, meskipun merupakan organisme bersel tunggal, Symbiodinium memiliki genom yang berat. Biasanya organisme simbiotik telah merampingkan genom, karena mereka bergantung pada inang mereka untuk sebagian besar kebutuhan mereka. Namun sementara spesies lain memiliki genom sekitar 2 juta pasangan basa, genom Symbiodinium adalah 3 kali lipat lebih besar.
"Mereka humongous, " kata Levin. Faktanya, seluruh genom manusia hanya sedikit kurang dari 3 kali lebih besar dari Symbiodinium .
Bahkan setelah kemajuan dalam sekuensing DNA memungkinkan penguraian genom ini menjadi mungkin, para ilmuwan masih tidak tahu untuk apa 80 persen gen itu. "Kami perlu mundur dan menyatukan gen mana yang melakukan apa dalam organisme ini, " kata Levin. Seorang anggota kelompok fitoplankton yang disebut dinoflagellata, Symbiodinium sangat beragam. Levin mengalihkan perhatiannya ke dua jenis kunci Symbiodinium yang bisa dia tanam di labnya.
Strain pertama, seperti kebanyakan Symbiodinium, rentan terhadap suhu tinggi yang menyebabkan pemutihan karang. Nyalakan tombol panas beberapa notch, dan makhluk ini bersulang. Tetapi jenis lainnya, yang telah diisolasi dari karang langka yang hidup di lingkungan terpanas, tampaknya tahan terhadap panas. Jika dia bisa mengetahui bagaimana kedua strain ini menggunakan gen mereka selama kondisi pemutihan, maka dia mungkin menemukan kunci genetik untuk merekayasa strain super baru.
Ketika Levin menyalakan panasnya, dia melihat bahwa Symbiodinium yang keras meningkatkan produksi antioksidan dan protein peredam panas, yang membantu memperbaiki kerusakan sel yang disebabkan oleh panas. Tidak mengejutkan, Symbiodinium yang normal tidak. Levin kemudian mengalihkan perhatiannya untuk mencari cara untuk memasukkan lebih banyak salinan dari gen-gen toleran panas yang penting ini ke dalam Symbiodinium yang lebih lemah, sehingga menciptakan strain yang diadaptasi untuk hidup dengan karang dari daerah beriklim — tetapi dengan alat untuk bertahan hidup pemanasan lautan.
Memasukkan DNA baru ke dalam sel dinoflagellate bukanlah tugas yang mudah. Meski mungil, sel-sel ini dilindungi oleh lempengan lapis baja, dua membran sel, dan dinding sel. "Anda bisa melewati jika Anda mendorong cukup keras, " kata Levin. Tetapi sekali lagi, Anda mungkin akhirnya membunuh sel. Jadi Levin meminta bantuan dari kolaborator yang tidak mungkin: virus. Bagaimanapun, virus "telah berevolusi untuk dapat menempatkan gen mereka ke dalam genom inang mereka — itulah cara mereka bertahan hidup dan bereproduksi, " katanya.
Levin mengisolasi virus yang menginfeksi Symbiodinium, dan secara molekuler mengubahnya sehingga tidak lagi membunuh sel. Alih-alih, ia merekayasa itu menjadi sistem pengiriman jinak bagi gen-gen toleran panas itu. Dalam makalahnya, Levin berpendapat bahwa muatan virus dapat menggunakan CRISPR, teknik pengeditan gen terobosan yang bergantung pada proses alami yang digunakan oleh bakteri, untuk memotong dan menempelkan gen tambahan ke dalam wilayah genom Symbiodinium di mana mereka akan sangat menyatakan.
Kedengarannya cukup mudah. Tetapi mengacaukan ekosistem hidup tidak pernah sederhana, kata Dustin Kemp, profesor biologi di University of Alabama di Birmingham yang mempelajari dampak ekologis perubahan iklim terhadap terumbu karang. "Saya sangat mendukung solusi ini untuk menghemat dan membantu secara genetik, " kata Kemp. Tetapi “membangun kembali terumbu karang yang membutuhkan ribuan tahun untuk terbentuk akan menjadi tugas yang sangat menakutkan.”
Mempertimbangkan keragaman mengejutkan dari strain Symbiodinium yang hidup hanya dalam satu spesies karang, bahkan jika ada sistem yang kuat untuk modifikasi genetika, Kemp bertanya-tanya apakah mungkin untuk merekayasa super- Symbiodinium yang cukup berbeda untuk memulihkan keanekaragaman itu. “Jika Anda menebang habis hutan tua dan kemudian keluar dan menanam beberapa pohon pinus, apakah itu benar-benar menyelamatkan atau membangun kembali hutan?” Tanya Kemp, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.
Tetapi Kemp setuju bahwa terumbu karang sedang sekarat pada tingkat yang mengkhawatirkan, terlalu cepat bagi evolusi alami Symbiodinium untuk mengikutinya. “Jika karang berkembang pesat untuk menangani [air hangat], Anda akan berpikir kita akan melihatnya sekarang, ” katanya.
Thomas Mock, seorang ahli mikrobiologi laut di University of East Anglia di Inggris dan seorang pelopor dalam memodifikasi fitoplankton secara genetika, juga menunjukkan bahwa biologi dinoflagellate sebagian besar masih diselimuti misteri. "Bagi saya ini main-main, " katanya. “Tapi beginilah biasanya dimulai. Argumen provokatif selalu baik - itu sangat sangat menantang, tetapi mari kita mulai di suatu tempat dan melihat apa yang bisa kita capai. ”Baru-baru ini, CSIRO, divisi ilmu pengetahuan pemerintah Australia, telah mengumumkan bahwa mereka akan mendanai laboratorium untuk terus meneliti modifikasi genetika pada simbion karang.
Ketika berbicara mengenai kesehatan manusia — misalnya, melindungi manusia dari penyakit yang menghancurkan seperti malaria atau Zika — para ilmuwan telah bersedia untuk mencoba teknik yang lebih drastis, seperti melepaskan nyamuk yang diprogram secara genetis untuk mewariskan gen yang mematikan. Modifikasi genetika yang diperlukan untuk menyelamatkan karang, menurut Levin, tidak akan terlalu ekstrim. Dia menambahkan bahwa pengujian laboratorium yang jauh lebih terkontrol diperlukan sebelum Symbiodinium yang dimodifikasi secara genetik dapat dilepaskan ke lingkungan untuk mengisi kembali terumbu karang yang sekarat.
"Ketika kita berbicara 'rekayasa genetika, ' kita tidak secara signifikan mengubah spesies ini, " katanya. "Kami tidak membuat hal-hal yang sangat mutan. Yang kami coba lakukan adalah memberi mereka salinan gen tambahan yang sudah mereka miliki untuk membantu mereka ... kami tidak berusaha menjadi ilmuwan gila. ”
