Terumbu karang, habitat subur yang merupakan rumah bagi seperempat spesies lautan, sekarat pada tingkat yang mengkhawatirkan. Perserikatan Bangsa-Bangsa memproyeksikan bahwa jika suhu laut naik seperti yang diperkirakan, tidak satu pun dari 29 terumbu karang yang terdaftar sebagai situs warisan dunia UNESCO masih akan menjadi rumah bagi ekosistem fungsional pada tahun 2100. Kemungkinan suram seperti itu telah mendorong para ilmuwan untuk mempersiapkan yang terburuk dengan berpikir di luar kotak. .
Menggunakan solusi antibeku yang sarat dengan partikel emas dan laser cepat-mencair, tim yang berbasis di Hawaii telah membeku secara kriogenik dan berhasil mencairkan larva karang untuk pertama kalinya. Terobosan ini memungkinkan biobanking spesies karang untuk melestarikan keanekaragaman terumbu yang hilang di seluruh dunia. Cryogenics juga dapat membantu upaya restorasi dengan mempertahankan stok beku larva karang, siap untuk mengisi kembali terumbu karang yang mati atau sekarat.
“Kami dapat membekukan larva, kami dapat membawa mereka kembali, dan mereka masih hidup, ” kata Mary Hagedorn, ahli biologi karang dari Institut Biologi Konservasi Smithsonian (SCBI). Langkah-langkah selanjutnya, katanya, adalah memastikan karang dapat berfungsi dengan baik pada terumbu dan meningkatkan proses untuk bekerja pada sejumlah besar karang.
Gambar confocal dari larva Hari 3 menunjukkan fluoresensi dari GFP (kiri) dan distribusi partikel nanorod emas berlapis-DyLight yang mengelilingi larva dalam cryoprotectant (kanan). (Institut Biologi Konservasi Smithsonian) Penelitian bersama Hagedorn baru-baru ini diterbitkan dalam Scientific Reports yang merinci bagaimana larva karang jamur ( Fungia scutaria ) berhasil dibekukan dan dihidupkan kembali untuk berkembang secara normal dan berenang hingga 12 jam. Para ilmuwan akan senang jika terumbu karang yang hancur di dunia dapat menikmati aksi kedua yang begitu sukses.
Terumbu karang dan keanekaragaman hayati yang menakjubkan yang mereka tempati terkepung oleh iklim yang berubah dengan cepat. Konsekuensi yang meluas bahkan untuk manusia darat termasuk pengurangan persediaan makanan dan erosi yang merusak di pantai-pantai berpenduduk. Dan kematian terumbu karang yang besar bukan hanya masalah proyeksi, mereka sudah menjadi kenyataan. Sebuah peristiwa pemutihan karang besar-besaran 2014-17 menekankan 75 persen terumbu dunia dan menewaskan sekitar 30 persen karang di Great Barrier Reef yang terkenal itu. Episode semacam itu menjadi sangat sering sehingga Penilaian Iklim Nasional baru-baru ini menunjukkan pemutihan karang akan menjadi peristiwa tahunan di Kepulauan Hawaii dan Samoa Amerika pada tahun 2040.
Karang dapat beradaptasi dengan perubahan lingkungan, tetapi di beberapa tempat kecepatannya terlalu cepat. Kemungkinan icing dan reanimating mereka dapat membantu membeli waktu.
Pewarnaan phalloidin: Wholemount phalloidin fluorescent, gambar mikroskopis dari perkembangan larva F. scutaria yang diwarnai untuk aktin. (Institut Biologi Konservasi Smithsonian) Pembekuan karang terbukti relatif mudah, kata Hagedorn. Larva hanya dicelupkan ke dalam nitrogen cair setelah dirawat dengan jenis "antibeku" cryoprotectant yang khusus dibuat untuk membantu mereka membeku secara merata tanpa pembentukan kristal es.
"Kristal es benar-benar musuh bebuyutan kami, " katanya. “Mungkin ada beberapa nukleus kecil yang terbentuk selama proses pembekuan dan Anda bisa menganggapnya sebagai butiran salju. Tetapi Anda tidak ingin kepingan salju itu tumbuh menjadi tombak es yang lebih besar yang menghancurkan sel. ”Secara berlawanan, masalah kristal es sebenarnya adalah yang terburuk selama pemanasan spesimen beku.
"Bayangkan air, perlahan membeku, dan titik di mana beberapa kristal tiba-tiba tumbuh relatif cepat menjadi pecahan es ketika membeku, " jelas Jonathan Daly, penulis utama di atas kertas dan rekan pasca doktoral di SCBI dan Institut Kelautan Hawaii. Biologi. "Itu terjadi dalam kisaran suhu tertentu, dan Anda melewati kisaran itu ketika Anda mendinginkan tetapi juga ketika Anda sedang menghangat."
Sebagian besar kematian sel terjadi selama proses pemanasan, tetapi para ilmuwan dapat mencegah kristal es terbentuk dengan mencairkan larva karang dengan cepat. Untuk mencapai kecepatan, tim menggunakan teknik yang diasah Hagedorn pada embrio Zebrafish dengan satu-dua pukulan partikel emas padat dan sinar laser.
Laser Hollywood mungkin cukup panas untuk menguapkan alien, tetapi versi lab masih tidak dapat mentransfer panas dengan cepat dan cukup merata untuk mencairkan embrio kecil tanpa bantuan. Jadi para ilmuwan memperkenalkan partikel nanogold yang didistribusikan ke seluruh larutan antibeku, yang menyerap cahaya dari laser dan mengubahnya menjadi panas yang membawa karang berhasil keluar dari pembekuan yang dalam. "Ini mencair dalam sedetik, " kata Daly.
Jonathan Daly cryopreserving larva karang. (Gary Cranitch / Yayasan Great Barrier Reef) Pembekuan karang yang layak memiliki potensi untuk mempertahankan keanekaragaman hayati di masa depan dengan melestarikan seluruh jajaran genetika karang. “Kami tidak tahu bagaimana kami bisa menggunakan bahan ini dalam 100 tahun, tetapi melakukan ini sekarang sementara kami masih memiliki banyak keanekaragaman pada terumbu, dan kehilangannya dengan sangat cepat, adalah sangat penting, ” kata Hagedorn. Empat belas spesies sperma karang dan embrio yang dikumpulkan di Great Barrier Reef sudah dibekukan di Taronga Western Plains Zoo Australia, dan sepuluh lainnya di Program Plasma Nutfah Hewan Nasional USDA di Fort Collins, CO.
Sperma yang disimpan akan membutuhkan pasangan dengan telur hidup, tetapi Madeleine van Oppen, dari Institut Ilmu Kelautan Australia dan Universitas Melbourne, mengatakan pencapaian ini mengubah permainan dengan menunjukkan kemampuan untuk membekukan organisme lengkap yang, semoga, dapat dicairkan. keluar untuk hidup dan berkembang.
"Sangat penting untuk melestarikan keanekaragaman genetik saat ini sehingga di masa depan kita dapat menggunakannya seperti bank benih yang telah dikembangkan untuk spesies tanaman, " lanjut van Oppen. “Orang-orang dapat kembali dan membuat stok tanaman yang mungkin lebih tahan terhadap kekeringan atau panas karena mereka memiliki bank keanekaragaman genetik yang memungkinkan mereka melakukan itu. Jadi jika kita bisa melakukan sesuatu yang mirip dengan Global Seed Vault untuk karang, itu akan sangat kuat di masa depan. "
Sayangnya, masa depan itu belum ada di sini. Karang jamur beku karena larva-nya kecil dan mudah dikerjakan. Sekarang tim ditantang untuk mengubah segalanya mulai dari komposisi antibeku hingga pengaturan laser sehingga karang pembentuk terumbu yang lebih besar dapat dilestarikan dengan cara yang sama. "Kami pikir itu akan terukur, " kata Hagedorn.
Karang jamur dewasa (F. scutaria). (Institut Biologi Konservasi Smithsonian) Tantangan lain adalah memperluas luas operasi sehingga dapat digunakan untuk restorasi terumbu.
“Kita perlu beralih dari membekukan ratusan hal ini menjadi ratusan ribu agar bahkan mendapatkan karang untuk hidup di terumbu, ” kata Hagedorn. Jika jumlah larva seperti itu dapat diawetkan secara kriogenik, hal itu meningkatkan kemungkinan supercharging tingkat reproduksi karang yang lambat. Pemijahan karang terjadi hanya ketika kondisinya sempurna, setahun sekali, dan hanya untuk beberapa hari.
“Jika kita dapat membangun gudang penyimpanan larva beku yang bisa kita tarik keluar dari freezer setiap kali kita perlu memulihkan terumbu, itu bisa dilakukan kapan saja sepanjang tahun sehingga Anda tidak terbatas pada peristiwa pemijahan karang. Tentu saja itu akan sangat luar biasa, ”kata van Oppen. "Itu akan sangat benar jika Anda bisa menggabungkannya dengan beberapa pekerjaan yang sedang berlangsung untuk mencoba mengembangkan stok karang yang lebih toleran terhadap panas."
Reintroducing karang yang pernah beku mungkin tidak terbukti sangat berhasil di tempat-tempat di mana kondisi yang menyebabkan terumbu karang mati pada awalnya masih bertahan. Tetapi jika lingkungan karang membaik, atau jika manusia dapat membuat karang yang lebih tahan terhadap kondisi di masa depan, ada kemungkinan besar kita akan memiliki populasi karang cryogenic yang mencair dan melayani yang siap untuk mengambil keuntungan darinya.
