Лучший способ спасти рифы Флориды? Промышленная фабрика по производству термоустойчивых кораллов

от

Когда Эндрю Бейкер смотрит на пустырь рядом со своим офисом на Вирджиния-Ки, он видит не деревья и траву, которые там сейчас, а фабрику будущего. Одноэтажное здание размером примерно с половину футбольного поля. Высокоэффективная производственная линия, созданная не для электроники или автомобильных запчастей, а для кораллов.

Такое предприятие стало бы беспрецедентным шагом вперёд в восстановлении рифов. Через четыре-пять лет оно могло бы заработать, поскольку большая часть необходимой научной основы уже разработана, а кадры уже готовятся.

С помощью автоматизации, роботов и методов разведения, подобных ЭКО, оно могло бы производить сотни тысяч селекционно выведенных экземпляров в год, чтобы помочь построить живые рифы, устойчивые к повышению температуры, которое убивает кораллы по всему миру.

«Это некоторые визуализации», — говорит Бейкер, морской биолог из Университета Майами, открывая проект, созданный с помощью искусственного интеллекта. Элегантное предприятие с десятками резервуаров с водой, где почти каждый этап жизни кораллов, от зачатия до взросления, будет спроектирован и оптимизирован.

Полностью индустриализированная фабрика по производству кораллов может показаться кому-то надуманной, но это может быть последняя надежда для мировых рифов, включая образование длиной в 350 миль из мозговых, оленьих и веерных кораллов, которое образует естественную морскую стену у берегов Южной Флориды, говорит Бейкер. «Мы провели научные исследования, чтобы показать, что можем масштабировать этот процесс, но пока мы этого не сделаем, мы не сможем решить проблему этой глобальной проблемы».

Это будет означать серьёзный сдвиг в подходе и гораздо более агрессивное вмешательство, чем всё, что делалось раньше. Но поскольку с 1970-х годов безжалостные волны жары и экологические катастрофы уничтожили девять из десяти кораллов, а традиционные способы восстановления рифов терпят неудачу, некоторые учёные считают, что менее решительные действия будут равносильны капитуляции.

«Если мы не предпримем действия в масштабе, необходимом для того, чтобы дать флоридским коралловым рифам возможность выжить в условиях изменения климата, мы потеряем эту экосистему, и она перестанет быть частью идентичности Флориды», — говорит Бейкер. Также будут потеряны миллиарды долларов, которые коралловые рифы приносят в местную экономику, от туризма до рыболовства и защиты побережья от ураганов.

Сейчас никто не взялся финансировать такие амбициозные проекты. Но Министерство обороны и Департамент охраны окружающей среды Флориды уже потратили миллионы на поддержку исследований по созданию рифов нового поколения, и Бейкер и другие учёные-моряки считают, что частные инвестиции или поддержка налогоплательщиков могут воплотить это в реальность.

Технологии и методы уже доказаны. В лаборатории Школы Розенштиля Университета Майами вдоль Риккенбекер-Козуэй недавно вечером один важный шаг к массовому производству материалов для строительства рифов уже был сделан: разведение запаса климатически устойчивых кораллов.

Для того чтобы один коралл существовал, нужно нечто большее, чем просто удача. В океанах взрослые мозговые кораллы, подобные тому, что находится в лаборатории Бейкера, выпускают связки спермы и яиц, которые всплывают на поверхность, разделяются и дрейфуют по течениям, пока не встретятся и не сольются с партнёром. Если повезёт, свободно плавающий эмбрион разовьётся в личинку, которая осядет на рифе и начнёт жизнь в виде кораллового полипа.

Учитывая необъятность океана и микроскопические размеры коралловой спермы и яиц, шансы ничтожно малы. Чтобы повысить их, кораллы научились нереститься синхронными волнами, причём каждый вид настроен на определённую фазу Луны — общий календарь природы. Несмотря на эту замечательную оркестровку, даже если из сотен тысяч связок, которые может произвести один коралл, выйдет единственный полип, это будет считаться эволюционным успехом.

На этаже выше офиса Бейкера, в комнате размером с большую гардеробную, шансы намного выше — особенно если кандидат наук Кэтрин Харди и её коллеги протянут руку помощи.

Внутри четырёх резервуаров, каждый размером с тот, что можно найти в кабинете стоматолога, температура и солёность тщательно контролируются, чтобы имитировать океан. Горстка улиток, креветок и искусственный лунный свет создают идеальную матрицу — иллюзию природы, созданную морскими биологами, чтобы заставить кораллы выпустить свои драгоценные связки.

В ту ночь учёные шутили, что их плейлист романтических песен от группы Police «Roxanne» до Фрэнка Синатры «Fly me to the Moon» помог уговорить первый мозговой коралл выпустить застенчивую струйку белых связок, которые всплыли на поверхность воронкообразной сети. Другие кораллы не видели необходимости сдерживаться и размножались гораздо быстрее. Это было прекрасное зрелище, как в документальных фильмах о природе, показывающих магию и чудо природы.

И всё же это зрелище не совсем естественное, не только потому, что кораллы находятся в резервуарах, но и потому, что некоторые из них находятся почти в 900 милях от своего дома в Гондурасе, в регионе, где температура океана примерно на 2 градуса выше, чем в Южной Флориде. Такая жара убила всех, кроме самых закалённых выживших во Флориде. Тем не менее в Гондурасе кораллы всё ещё процветают, объяснила Харди, осторожно вытаскивая сети и перенося гондурасские связки в контейнеры из пирекса.

До сих пор глобальная стратегия спасения рифов в основном основывалась на выращивании фрагментов в питомниках и на том, что дайверы кропотливо высаживают их обратно в океан. Каждый год тысячи волонтёров высаживают десятки тысяч кораллов, только чтобы наблюдать, как восстановление безнадежно отстаёт от темпов разрушения. Кроме того, новые кораллы для посадки получают из быстро сокращающегося генетического пула.

Без перехода на экологически чистую энергию учёные отводят мировым рифам около 25 лет до полного коллапса. Это будет сокрушительным ударом по Флориде, где рифы защищают прибрежные города, такие как Майами, поглощая 97 процентов энергии волн. Без кораллов экономика США, как ожидается, будет ежегодно нести средний ущерб от наводнений в размере 1,8 миллиарда долларов.

Разводя закалённых выживших во Флориде с гондурасскими кораллами, учёные надеются создать потомство, которое будет нести новую теплоустойчивую генетическую броню для предстоящих климатических сражений.

После окончания нереста команда выключает музыку и переносит контейнеры из пирекса в комнату, где температура поддерживается на уровне около 82 градусов. Здесь Харди и её коллеги смешивают гондурасские и флоридские связки, при этом сперма и яйца каждого оплодотворяют друг друга.

«Это первый флондуранский мозговой коралл, когда-либо созданный, — комментирует Бейкер. — Это мировой дебют». Учёные называют этот процесс «ассистированным потоком генов» — способом ускорить эволюцию.

За 500 миллионов лет своего существования кораллы доказали, что они мастера адаптации. Столкнувшись с глобальным потеплением, которое превратило большие участки суши в пустыни, или похолоданием, которое убило динозавров, кораллы эволюционировали. Они выжили.

Те прошлые периоды глобальных изменений климата на планете, какими бы драматичными они ни были, разворачивались в течение тысячелетий. У кораллов были тысячи поколений, чтобы адаптироваться и эволюционировать. Сегодняшнее потепление, вызванное выбросами ископаемого топлива, происходит всего за несколько десятилетий. Ни кораллам, ни другим видам не предоставлено времени для адаптации.

Вот почему учёные работают над ускорением эволюции. Флондуранский мозговой коралл, как они надеются, может выжить даже тогда, когда температура у побережья Флориды будет больше напоминать температуру континентального Гондураса.

Пока недавно скрещённые кораллы были недавно высажены и сейчас находятся под наблюдением, чтобы оценить, какая комбинация должна быть запущена в производство, исследователи спешат подготовить сборочный конвейер для масштабирования производства.

Цель — работать почти круглый год, причём разные кораллы нерестятся в разное время года, а не только в течение нескольких месяцев летом, когда они нерестятся естественным образом. Это было немыслимо в прошлом, когда сперму и яйцеклетки можно было собирать только во время ночных погружений или из фрагментов, которые нужно было отломить от рифа и поместить в лабораторию незадолго до нереста.

Однако в 2017 году группа европейских учёных описала первый в истории успешный протокол, позволивший «коралловодству», в том числе с помощью специальных ламп, имитирующих солнце и луну, и фактически обманом заставивших кораллы нереститься вне океана.

Жуана Фигейредо, профессор лаборатории морской экологии и рекрутинга личинок в Университете Нова-Юго-Восток, сразу увидела потенциал. «Это открыло много возможностей», — сказала Фигейредо, имеющая опыт работы в аквакультуре.

Фигейредо, которая также руководит Национальным институтом коралловых рифов, поняла, что кораллы теперь можно выращивать в контролируемой среде — не отличающейся от той, с которой она работала во время своих докторских исследований в Португалии. «И поскольку у нас уже были резервуары, всё, что нам нужно было, — это свет».

Десятки детёнышей кораллов в без оконной лаборатории Фигейредо на пляже Дания теперь освещены васильковым светом, который имитирует солнце ночью и луну в середине дня. Благодаря этому исследователи могут обмануть кораллы, заставив их нереститься днём, в более удобное для работы время.

Уже сейчас различные кораллы в Nova Southeastern нерестятся трижды в год. Это само по себе делает всю операцию более эффективной: с помощью поэтапных циклов исследователи могут перемещать кораллы на разных стадиях роста по производственной линии, утраивая производительность. «Это гораздо более эффективное использование пространства и оборудования», — сказала Фигейредо.

Автоматизация обещает стать следующим ключом. По словам Бейкера, «коралловый принтер» был бы отличным решением. Вместо чернил или пластика принтер будет выдавать смесь гидрогеля и коралловых личинок, размещённых на нужном расстоянии, чтобы дать каждому необходимое пространство для роста. Таким образом, 1000 личинок могут вырасти на плитке не намного больше, чем на подставке для салфеток.

Примерно через два месяца робот может отделить каждую личинку и поместить их на более крупные плитки, где кораллы будут расти ещё четыре-семь месяцев, пока они не станут достаточно крепкими, чтобы их можно было перенести на настоящие рифы. «Такое случается в промышленных производственных процессах», — сказал Бейкер.

Передовые технологии печати также потенциально могут предотвратить основную причину гибели кораллов: голод. Когда вода перегревается, микроскопические водоросли, живущие внутри кораллов, перестают вырабатывать сахар — источник пищи для кораллов — и вместо этого выделяют токсины.

Понимая, что их отравляют изнутри, кораллы в отчаянной попытке самосохранения изгоняют водоросли, становясь призрачно-белыми. Коралл, теперь обесцвеченный, жив, но медленно умирает от голода. Однако, как и сами кораллы, некоторые водоросли уже более термоустойчивы, чем другие, и принтер может впрыскивать эти превосходные водоросли в гидрогель вместе с коралловыми личинками, обеспечивая наилучшее начало.

Фигейредо из Nova Southeastern видит огромный потенциал в концепции фабрики по производству кораллов. Хотя новый подход будет напоминать заводское сельское хозяйство, потенциальные выгоды для людей бесконечно больше, чем доступный стейк из лосося.

Частное предприятие могло бы выращивать кораллы и высаживать их на искусственных рифах, сказала Фигейредо — природный барьер для защиты от штормового нагона. В отличие от бетонной стены, такой как 20-футовая стена, предложенная Инженерными войсками армии, рифы также восстанавливаются. «Я не могла понять, почему этого нельзя сделать», — сказала она о частных рифах.

Учитывая, что тростник можно рассматривать как общественную инфраструктуру, которая может защитить всё побережье, финансирование за счёт налогоплательщиков является ещё одним вариантом. Министерство обороны, в частности, осознало ценность. Отчасти это связано с ураганом «Майкл». В 2018 году ураган категории 5 разрушил или снёс 484 здания на базе ВВС Тиндалл в Панама-Сити, которые не подлежат восстановлению. На восстановление Министерство обороны потратит около 5 миллиардов долларов.

По сравнению с этим 50 миллионов долларов, которые Министерство обороны выделило университетам, таким как UM, для создания искусственных рифов, населённых термоустойчивыми кораллами и устрицами, — это копейки. «Профилактика стоит лечения», — сказал Бейкер. «Это может стоить нам миллионы долларов США для создания центра промышленного масштаба, но в будущем это будет стоить нам миллиарды, если мы этого не сделаем».

Независимо от того, будут ли проекты финансироваться государством или частным образом, цифры, о которых говорят исследователи, ошеломляют. Сотни тысяч кораллов, которые, по мнению Бейкера, можно будет производить, просто покроют потребности Майами-Дейд. Дополнительные фабрики могут быть построены для снабжения Кис, Гавайев, Багамских островов, Мексики, Саудовской Аравии и Большого Барьерного рифа в Австралии.

В Nova Southeastern Фигейредо уже разработала программу, которая обучает новые кадры, которые понадобятся для их укомплектования и управления. На данный момент она обучила более 50 человек настройке объектов для полового размножения кораллов.

Некоторые скептики могут возразить, что фабрики по производству кораллов — это лишь ненамного более реалистичные, чем детские фантазии Бейкера о том, чтобы стать динозавром. Бейкер, у которого сейчас волосы цвета соли с перцем, не согласен. Технологии доступны, а ситуация уже достаточно тяжёлая, чтобы требовать крайних мер. При правильных инвестициях первая фабрика может быть запущена всего за четыре года.

Время пришло, сказал он. «Это не научная фантастика».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте