Ocean długo wydawał się przestrzenią, której nie da się do końca oswoić. Z powierzchni widzimy go najczęściej jako wakacyjne tło, groźny żywioł albo ogromny magazyn ryb i surowców. Tymczasem pod wodą istnieje świat organizmów, które nie potrzebowały kręgosłupa, aby stworzyć rozwiązania bardziej złożone niż niejeden ludzki wynalazek. Gąbki produkują związki interesujące dla medycyny, koralowce budują rafy widoczne z kosmosu, a meduzy i inne morskie bezkręgowce wykorzystują światło w sposób, który od lat fascynuje badaczy.
Harvell nie traktuje tych stworzeń jak katalogu egzotycznych osobliwości. Pokazuje je jako bohaterów długiej historii życia na Ziemi, ale też jako organizmy, od których możemy się jeszcze wiele nauczyć. W kolejnych rozdziałach przygląda się między innymi gąbkom, koralowcom, ślimakom nagoskrzelnym, trydaknom, ośmiornicom, meduzom i rozgwiazdom. Każde z tych zwierząt odsłania inny sposób na funkcjonowanie w świecie, w którym liczą się współpraca, zdolność adaptacji i umiejętność wykorzystywania nawet najmniej oczywistych zasobów.
Autorka zna ten świat nie tylko z książek i laboratoriów. Drew Harvell jest ekolożką morza związaną z Cornell University, od lat badającą bioróżnorodność oraz zdrowie morskich ekosystemów, zwłaszcza w kontekście zmian klimatu i chorób dotykających zwierzęta żyjące w oceanie. Jej oryginalna książka, The Ocean’s Menagerie, została wyróżniona jako jedna z książek roku przez „Nature”. Polska edycja pod tytułem Morskie stwory i ich walory trafia do czytelników 1 lipca nakładem Wydawnictwa Naukowego PWN.
Poniżej możecie przeczytać fragment książki „Morskie stwory i ich walory” autorstwa Drew Harvell
Pałac koralowca
Najbogatsze siedliska na Ziemi, rafy koralowe, są domem dla jednej czwartej wszystkich gatunków zwierząt morskich. Rafa koralowa stanowi miejsce, gdzie można zobaczyć reprezentatywny przekrój bioróżnorodności, jaką przyniosły dwa miliardy lat ewolucji – od pełzających ślimaków, wijących się robaków, wspinających się krabów i nieruchawych rozgwiazd po migoczące w słońcu ryby. Właśnie ta różnorodność życia jest w dużej mierze powodem, dla którego rafy koralowe były moimi ulubionymi miejscami do nurkowania i jednym z najciekawszych obszarów badań. Rafy koralowe, gdziekolwiek się pojawiają, są dla człowieka niezastąpionym zasobem. Wspierają przybrzeżne rybołówstwo i chronią nadbrzeżne społeczności przed niszczącym działaniem fal oraz późniejszą erozją. Jako miejsca do pływania, snorkelingu, nurkowania, wędkowania i obserwacji dzikiej przyrody stanowią centra przemysłu turystycznego, przynosząc dochody krajom tropikalnym na całym świecie.
Te ogromne struktury, tak ważne dla gospodarki ludzkiej i życia oceanicznego, są budowane przez maleńkie zwierzęta o miękkim ciele spokrewnione z ukwiałami i meduzami. Każde indywidualne zwierzę, zwane polipem, jest mniejsze niż typowa larwa owada. Braki w rozmiarach polipy koralowe nadrabiają liczebnością i fizjologiczną sprawnością. Rafy wielkości ludzkich miast istnieją dziś dlatego, że pradawne polipy wykształciły trzy powiązane ze sobą zdolności, które razem składają się na ich wyjątkowe zdolności adaptacyjne. Każdy polip koralowy współpracuje z fotosyntetyzującymi glonami obecnymi w jego tkankach, aby wykorzystać energię słońca. Ta energia następnie pomaga wytrącać węglan wapnia z wody morskiej i przekształcać go w twarde, mineralne struktury budowlane. W miarę postępowania tego procesu polipy klonują się, tworząc duże kolonie, które potęgują efekt. Jak napisał Charles Darwin w Podróży na okręcie Beagle, rafa koralowa przedstawia „nagromadzoną pracę niezliczonych architektów”.
Podobnie jak w przypadku chemicznych zdolności gąbek sedno koralowej supermocy stanowi symbiotyczna relacja z jednokomórkowymi mikroorganizmami żyjącymi wewnątrz zwierząt. U koralowców budujących rafy są to symbiotyczne bruzdnice (złotobrązowe glony zdolne do fotosyntezy), zwane zooksantellami. Maleńkie, okrągłe zooksantelle, każda o średnicy około dwunastu mikrometrów, występują gęsto w pasmach, tworząc charakterystyczne strefy w tkankach koralowców. Zooksantelle wykorzystują kilka różnych barwników, w tym chlorofi l, aby – dzięki energii słonecznej – syntetyzować cukry dostarczające koralowcom energii potrzebnej do wzrostu i kalcyfi kacji. W ciągu dnia, gdy światło słoneczne jest obecne w płytkich wodach, gdzie żyją koralowce, cukry wytworzone przez zooksantelle zapewniają polipom większość energii potrzebnej do wzrostu i rozmnażania.
Symbioza koralowców z zooksantellami rozpoczęła się prawdopodobnie około 400 milionów lat temu jako adaptacja o charakterze żywieniowym. Koralowce żyją w przejrzystych wodach ubogich w składniki odżywcze, a zooksantelle dostarczają im dodatkowego pożywienia w środowisku, w którym jego ilość bywa ograniczona. Pod tym względem wczesne koralowce były bardzo podobne do innych bezkręgowców, takich jak olbrzymie małże (zob. rozdział 5), które również korzystały z partnerstwa z fotosyntetyzującymi mikroorganizmami. W toku ewolucji koralowce stopniowo zwiększały zakres korzyści płynących z tej symbiozy. Wzburzone, uderzające fale przewalały się przez ich płytkowodne siedliska, co z czasem doprowadziło do tego, że koralowce wyewoluowały w jednych z najlepszych „inżynierów strukturalnych” na świecie. Zaczynając od małych szkieletów ponad 500 milionów lat temu, dzięki pomocy swoich symbiontów, stały się budowniczymi ogromnych struktur zdolnych wytrzymać potężne fale napędzane huraganowymi wiatrami. Pojedyncza kolonia koralowa może osiągać ponad dwanaście metrów wysokości, a rafa zbudowana z niezliczonych kolonii może rozciągać się na setki kilometrów.
Byłam niedawno na wyspie Viti Levu na Fidżi i obserwowałam ogromne fale rozbijające się o przybrzeżną rafę koralową, niedaleko brzegu. Pomimo silnych fal na zewnętrznej stronie rafy mogłam bezpiecznie nurkować z rurką w spokojnej wodzie za barierą falową tego gigantycznego tworu. Czułam na własnej skórze ochronę, jaką zapewnia ten ogromny, żywy mur koralowy otaczający północno-zachodnie wybrzeże Fidżi. Wielka Rafa Morska (Great Sea Reef ) jest trzecią co do wielkości ciągłą rafą barierową na świecie i rozciąga się na ponad dwieście kilometrów. Jako naturalna, organicznie rosnąca bariera głównej wyspy Fidżi jest przez wiele lokalnych społeczności nazywana „Obrońcą Fidżi”. Nie tylko chroni wybrzeże, ale także każdego roku przynosi sektorowi rybołówstwa od 6 do 8 mln dolarów. Dla co najmniej jednej dziesiątej mieszkańców rafa stanowi główne źródło utrzymania.
Gdy Darwin badał Wyspy Kokosowe w Australii podczas podróży okrętu Beagle w 1832 roku, wyraził także uznanie dla inżynieryjnego geniuszu koralowców:
Millepora complanata, czyli koralowiec ognisty, rośnie w gęstych pionowych płytach, które przecinają się pod różnymi kątami, tworząc niezwykle mocną masę o strukturze przypominającej plaster miodu. […] Pomiędzy tymi płytami i w chronionych szczelinach rafy rozwija się mnóstwo rozgałęzionych zoofitów i innych organizmów, ale jedynie Porites i Millepora wydają się opierać wściekłości fal. […] Nie sposób patrzeć na te fale, nie nabierając przekonania, że wyspa, choćby była zbudowana z najtwardszej skały – porfiru, granitu czy kwarcu – ostatecznie uległaby i zostałaby zniszczona przez tak nieodpartą siłę. A jednak te niskie, niepozorne koralowe wysepki stoją niewzruszone i zwycięskie, ponieważ inna moc jest tutaj przeciwnikiem w walce. Siły organiczne oddzielają z pieniących się fal, jeden po drugim, atomy tworzące węglan wapnia i łączą je w symetryczną strukturę.
Po powrocie do domu Darwin zebrał swoje obserwacje w książce opublikowanej w 1842 roku. Czuję duchowe pokrewieństwo z Darwinem, gdy wyraża on swój podziw dla potęgi drobnych zwierząt, które tworzą substancję, z jakiej powstają całe wyspy:
Nie jest to cud, który od razu uderza wizualnie, lecz raczej, po namyśle, dostrzegany jest okiem rozumu. Dziwimy się, gdy podróżnicy opowiadają o ogromnych stertach gruzu i imponujących rozmiarach starożytnych ruin. Ale jakże nieistotne są największe z nich w porównaniu z materią nagromadzoną tutaj przez rozmaite drobne zwierzęta. W całej grupie wysp każdy pojedynczy atom, od najdrobniejszej cząstki po wielkie odłamki skał, nosi ślad tego, że kiedyś podlegał mocy organicznego porządku.
Już w 1836 roku Darwin, gdy zachwycał się rafami Australii, rozumiał, że koralowce budują swoje szkielety według precyzyjnych planów. Jeśli przyjrzeć się szkieletowi koralowca ukrytemu wewnątrz kolorowego ciała polipów, widać gęsto rozgałęzioną, jasnobiałą krystaliczną sieć. Kształt tej sieci jest charakterystyczny dla danego gatunku, ale wszystkie one są bardzo wytrzymałe. Na brzegach wystawionych na działanie fal rafa koralowa może pochłonąć 97 procent energii fal bez złamania się. To tłumaczy, w jaki sposób największe fale surfi ngowe na Hawajach rozbijają się o rozległe, delikatne rafy, nie powodując ich uszkodzenia. Choć nie mamy danych z Hawajów, badanie wytrzymałości karaibskich koralowców wykazało, że ich wytrzymałość na pękanie (naprężenie, przy którym zaczyna się proces zniszczenia) wynosi od około 12 do 83 MPa, przy czym próbki z kolonii rozgałęzionych okazały się mocniejsze niż te z kolonii masywnych, kopułowych lub przypominających głazy. Wartości te są wyższe niż w przypadku węglanowych materiałów budowlanych wytwarzanych przez człowieka, takich jak beton czy syntetyczny wapień.
Koralowce nie wytrącają węglanu wapnia chaotycznie [5]. Każdy gatunek tworzy kryształy minerału o specyfi cznym, unikalnym wzorze, budując złożone mikrostruktury tak misternie splecione jak koronka i tak wytrzymałe jak stal. Sam proces wytrącania wymaga energii. Choć woda morska zawiera rozpuszczone jony węglanowe o ładunku ujemnym oraz jony wapnia o ładunku dodatnim, te dwa składniki węglanu wapnia nie łączą się spontanicznie, dopóki pH nie jest wystarczająco wysokie, by proces był energetycznie korzystny. Aby stworzyć takie sprzyjające środowisko, maleńkie polipy wypompowują jony wodoru (które zawsze występują w wodzie) z „przestrzeni roboczej” pomiędzy specjalnymi komórkami a powierzchnią ich istniejących szkieletów. Podnosi to wartość pH tej przestrzeni, umożliwiając większej liczbie jonów węglanowych i wapniowych łączenie się w kryształy aragonitu, formy czystego węglanu wapnia.
Wiemy, że światło słoneczne odgrywa rolę w budowaniu szkieletu, ponieważ eksperymenty wykazały, że koralowce tworzą szkielety szybciej w świetle niż w ciemności. Światło słoneczne, które napędza fotosyntezę wewnątrz symbiotycznych zooksantelli, przyspiesza kalcyfikację także dlatego, że fotosynteza pochłania kwaśny dwutlenek węgla, a tym samym pomaga utrzymać pH na odpowiednim poziomie do wytrącania wapnia. Zooksantelle są zatem w istocie słonecznymi reaktorami o podwójnej funkcji: w procesie wytwarzania cukrów poprzez fotosyntezę nie tylko karmią koralowca, ale także przyspieszają proces kalcyfikacji.
Zdolność do budowania węglanowych szkieletów z wody morskiej występuje w wielu gałęziach drzewa życia. Pierwotniaki budują maleńkie łupiny z węglanu; wapienne glony tworzą utwardzone, jasnoróżowe „krzewy” w strefi e pływów; wszelkiego rodzaju ślimaki i małże budują muszle, podobnie jak niespokrewnione z nimi pąkle; niektóre robaki tworzą wapienne rurki. Po śmierci tych zwierząt ich szczątki mogą się nagromadzać, tworząc osady, a szczątki niektórych mikroorganizmów – w skali geologicznej – ulegają lityfikacji, dając początek rozległym warstwom skał. Jednak za życia żaden z tych organizmów nie dorównuje koralowcom skalą aktywnego budowania.
Symbiotyczne zooksantelle są siłą napędową zdolności konstrukcyjnych koralowców, lecz polipy robią wszystko, by ułatwić pracę endosymbiontom. Naukowcy odkryli niedawno, że szkielet koralowca jest niczym sala luster, zaprojektowana tak, aby odbijać światło słoneczne i tworzyć najbardziej optymalne warunki świetlne dla zooksantelli. Uważa się, że światło odbite od szkieletu co najmniej podwaja produkcję energii przez zooksantelle. To, że tak fundamentalna właściwość szkieletu koralowego mogła pozostawać nieznana aż do niedawna, przypomina, że w biologii wciąż czekają na odkrycie nowe fakty. Ważne prawdy biologiczne często umykają nam właśnie dlatego, że są tuż przed naszymi oczami.
Zgłębianie tej nadzwyczajnej zdolności budowania pałaców prowadzi nas w interesującą ewolucyjną podróż, która pozwala zbadać możliwości fotosyntetyczne u koralowców. Fotosynteza nie występuje u każdego gatunku koralowca, u niektórych jest wydajniejsza niż u innych. Koralowce z rodziny Acroporidae (akroporowce) to mocno rozgałęzione, krzaczaste koralowce, które wyróżniają się jako najbardziej zróżnicowana grupa koralowców i mogą odznaczać się najwyższą wydajnością fotosyntetyczną. Choć z pewnością kryją się za tym głębsze kwestie biologiczne, uważa się, że wysoki stopień rozgałęzienia zapewnia większą powierzchnię, połączoną ze średnio bardziej wydajnymi symbiontami i bardziej przezroczystą tkanką. Akroporowce jako grupa wydają się przesuwać granicę symbiozy w kierunku obligatoryjnej fotosyntezy, z nielicznymi jedynie przypadkami heterotrofi i (spożywania drobnych zwierząt w celu uzupełnienia odżywiania pochodzącego z fotosyntezy).
Ta doskonałość pociąga jednak za sobą koszt ewolucyjny w epoce zmian klimatu, ponieważ rozgałęzione akroporowce są zwykle najbardziej podatne na zjawisko blaknięcia.
Odkrycia naukowe dotyczące funkcjonowania przyrody nie tylko pogłębiają naszą wiedzę o organizmach, z którymi dzielimy planetę, lecz często znajdują także praktyczne zastosowanie. Zdarza się również, że wiedza znana od dawna zyskuje nowe znaczenie w innym kontekście. W obszarze projektowania inspirowanego naturą koralowce odgrywają istotną rolę co najmniej na dwóch płaszczyznach.
Poszukując sposobu projektowania bardziej wydajnych reaktorów glonowych do produkcji biopaliw, badacze z Instytutu Oceanografi i im. Scrippsa oraz Szkoły Inżynierii im. Jacobsa zwrócili się ku koralowcom. Zaprojektowali trójwymiarowe wydruki biomateriałów koralowych jako wzorce dla wzrostu glonów i odkryli, że zarówno klasyczne symbionty koralowców, jak i glony hodowane normalnie w bioreaktorach rosły sto razy szybciej na strukturze syntetycznego szkieletu koralowca niż w kulturze płynnej. Współczesne glonowe bioreaktory wykorzystują teraz te odblaskowe wzorce zamiast zwykłych kadzi z płynną kulturą.
W piątej topieli ojciec śni;
Kość w koralowy rośnie pręt.
Motyw ojca z Burzy Szekspira, który utonął w katastrofi e morskiej i w podwodnym grobie ulega cudownej przemianie, staje się coraz bardziej realny, choć paradoksalnie odwrócony. Naukowcy odkryli, że szkielet koralowca doskonale zastępuje kość w chirurgii rekonstrukcyjnej [9–12]. Lekarze często nie mogą pobrać od pacjenta wystarczającej ilości tkanki kostnej do rekonstrukcji szczęki, kręgosłupa lub innych kości. Koralowa kość jest bardziej skutecznym wzorcem do odbudowy niż kości z ciał zmarłych, jak również materiały syntetyczne. Badacze stwierdzili, że organiczna matryca w szkielecie koralowca wykazuje podobieństwo pod względem gęstości i porowatości do ludzkiej kości i może wspierać późniejszy wzrost kostny. Szkielet koralowca jest łatwo kolonizowany przez ludzkie komórki zwane osteoblastami, które wytwarzają kość, pochodzące z pobliskiej zdrowej tkanki kostnej, tworząc trwałe połączenie między ludzką kością a przeszczepem. Te materiały oparte na szkieletach koralowców stanowią idealne podłoże do kolonizacji dla ludzkich osteoblastów, a jednocześnie są obojętne i nie wywołują reakcji immunologicznej. Co więcej, te szkielety, zbudowane z węglanu wapnia, mogą zostać przekształcone w hydroksyapatyt – główny składnik ludzkich kości – w reakcji wymiany (węglan przekształca się w fosforan).
Kolejną inspiracją, wynikającą z badań nad wykorzystaniem szkieletów koralowców jako implantów kostnych, było odkrycie, że głębinowe koralowce bambusowe mają szkielety zbudowane z naprzemiennie zazębiających się pasm węglanu wapnia oraz miękkiego, elastycznego białka. Te kompozytowe szkielety mogą dodatkowo wspierać wzrost kości, co zainspirowało do tworzenia implantów kostnych z materiałów kompozytowych. Wykorzystanie różnych typów szkieletów koralowców jako rusztowań w przeszczepach kostnych stanowi jeden z najbardziej wyrazistych i rozwijających się przykładów potencjału rozwiązań biomimetycznych w medycynie.
Koralowce należą do parzydełkowców – starej ewolucyjnie grupy drapieżnych zwierząt o promienistej symetrii ciała. Do tej samej grupy należą również ukwiały oraz parzydełkowce o formie meduzoidalnej. Wszystkie parzydełkowce mają komórki parzydełkowe (nematocyty) zawierające nematocysty (parzydełka) – organelle przypominające wypełnione jadem harpuny, miękkie ciała oraz wolno pływające larwy. U osobników dorosłych niektórych parzydełkowców – takich jak koralowce i ukwiały – występuje osiadła postać polipa, podczas gdy inne, jak większość parzydełkowców meduzoidalnych, zachowują wolnopływającą formę dorosłą, zwaną meduzą. Wspólnym przodkiem wszystkich żyjących dziś parzydełkowców był samotny ukwiał, który żył w pradawnych morzach już 800 milionów lat temu. Formy kolonijne, złożone z wielu polipów i zdolne do wytrącania wapiennych szkieletów, pojawiły się znacznie później, 580–500 milionów lat temu [13]. W 2022 roku nowo odkryty krewny koralowców – mający postać dwóch rozgałęzionych polipów otoczonych szkieletem – został datowany na około 560 milionów lat i nazwany Auroralumina attenboroughii, na cześć przyrodnika Davida Attenborough. Jedna linia koralowców ostatecznie utworzyła swoje przełomowe powiązania z fotosymbiontami w okresie dewońskim (około 415 milionów lat temu). Ta symbioza dała starożytnym koralowcom dostęp do energii słonecznej oraz zdolność szybkiej ewolucji i gwałtownego zwiększenia liczebności. Duże i rozległe rafy koralowe, które powstały w okresie dewońskim, wspierały różnicowanie wszystkich gałęzi drzewa życia, tworząc w efekcie złożone ekosystemy morskie. To właśnie w takich warunkach doszło do wyjątkowo intensywnej radiacji ryb, dlatego okres dewoński bywa określany jako „wiek ryb”.
Budujące rafy koralowce należą do jednej z dwóch grup parzydełkowców – obie określane są mianem koralowców. Jedne mają sześciokrotną symetrię, z czułkami w wielokrotnościach liczby sześć, i z tego powodu nazywane są koralowcami sześciopromiennymi. Druga grupa koralowców, obejmująca pióra morskie, gorgonie i koralowce miękkie, ma ośmiokrotną symetrię i osiem czułków – nazywa się je koralowcami ośmiopromiennymi.
Choć osiem czułków wydaje się niewiele różnić od sześciu, liczba ta odzwierciedla znacznie głębsze różnice, takie jak sposób budowy elementów szkieletowych i kształt pojedynczych czułków. Choć niektóre koralowce ośmiopromienne tworzą symbiozy z fotosyntetyzującymi glonami, nie wszystkie są fotosyntetyczne, te zaś, które są, nie pozostają całkowicie zależne od swoich symbiontów w kwestii odżywiania. Podział między tymi dwiema grupami jest pradawny. Badania zegara molekularnego i niektóre dowody kopalne wskazują na to, że rozdzieliły się od wspólnego przodka ponad 700 milionów lat temu.
Na naszej planecie istnieje około ośmiu tysięcy gatunków koralowców budujących rafy. Mają one niezwykle zróżnicowane kształty: od maleńkich, drobno rozgałęzionych krzewów, przez szeroko rozpostarte formy w kształcie stołu, po masywne wieże. Koralowce żyją w dobrze oświetlonych i ubogich w składniki odżywcze wodach tropikalnych, osiągając najwyższe zróżnicowanie w regionie Indo-Pacyfi ku. Sercem bioróżnorodności koralowej jest rozległy obszar położony w środkowej części zachodniego Pacyfi ku, na północ od Australii, obejmujący wody Indonezji, Filipin, Papui-Nowej Gwinei, Timoru Wschodniego i Wysp Salomona, słusznie nazywany Trójkątem Koralowym, w którym występuje ponad sześćset gatunków koralowców. Dla porównania, ocenia się, że na Karaibach liczba ta wynosi w przybliżeniu sześćdziesiąt siedem. Miałam szczęście w swojej karierze badać zarówno koralowce karaibskie, jak i pacyfi czne. Moja przygoda z rafami koralowymi rozpoczęła się na studiach doktoranckich od badań nad ślimakami żywiącymi się koralowcami (zob. rozdział 4), a przerodziła się w badania nad mechanizmami odpornościowymi koralowców. Podczas badań terenowych na wyspie Saint Croix na Karaibach nasz zespół zwykle obserwował do pięciu gatunków koralowców na jednym metrze kwadratowym. W Indonezji w kwadracie tej samej wielkości mogło ich być nawet trzydzieści. Rafy w Trójkącie Koralowym tworzą spektakularne siedliska dla imponująco licznych i różnorodnych gatunków ryb, bezkręgowców i mikroorganizmów. Z indonezyjskich raf koralowych opisano prawdopodobnie dwa tysiące gatunków ryb, a z karaibskich ponad tysiąc.
Biolodzy morscy, klimatolodzy i inni badacze zaczęli bić na alarm w sprawie stanu zdrowia i przyszłości raf koralowych już w latach osiemdziesiątych XX wieku.
Choć przełowienie i zanieczyszczenia przybrzeżne wywierały zauważalny wpływ w niektórych rejonach już wtedy, długofalowym zagrożeniem było ocieplenie klimatu. W latach osiemdziesiątych problem ten stanowił w dużej mierze abstrakcyjną, teoretyczną kwestię dotyczącą przyszłości lądów, lecz dla raf koralowych jego skutki były katastrofalne. Wiadomo było, że zooksantelle są bardzo wrażliwe na temperaturę i opuszczają swoje „domy” wewnątrz polipów, gdy woda ogrzeje się o zaledwie kilka stopni, powodując blaknięcie koralowców [15]. Zooksantelle nadają koralowcom kolor, więc gdy ich brakuje, koralowce robią się białe, bo ich szkielet prześwituje przez przezroczystą tkankę. Choć koralowce mogą się odrodzić, jeśli zjawisko to trwa krótko, to może być ono także zapowiedzią śmierci, ponieważ pozbawione fotosyntetyzujących partnerów koralowce głodują. Dodatkowo naukowcy stwierdzili, że dwutlenek węgla gromadzący się w atmosferze jest częściowo pochłaniany przez oceany i że im więcej CO₂ rozpuszcza się w wodzie morskiej, tym staje się ona bardziej kwaśna. Im kwaśniejsze oceany, tym trudniej koralowcom wytrącać węglan wapnia i budować rafy.
W latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych XX wieku odnotowano niewielkie wzrosty średnich temperatur oceanów i ich kwasowości. Zmiany te były trudne do uchwycenia na tle regionalnych i rocznych wahań, lecz obserwowane trendy potwierdzały przewidywania dotyczące ocieplenia klimatu. Wczesnym latem 1997 roku we wschodnim Pacyfi ku odnotowano nietypowo wysoką temperaturę wód powierzchniowych. Anomalie te nasiliły się i rozprzestrzeniły na większy obszar oceanu. We wrześniu jeden z najsilniejszych w historii El Niño osiągnął pełną intensywność. Skutki objęły cały świat, powodując potężne burze, susze, fale upałów i wzrost temperatur oceanów w wielu tropikalnych rejonach. Gdy El Niño ustąpił w czerwcu 1998 roku, oszacowano, że wyblaknięciu, a następnie śmierci uległo około 16 procent raf koralowych na świecie.
Ci spośród nas, naukowców, którzy badali koralowce, obserwowali te wydarzenia z niepokojem i ostrzegali przed nadchodzącymi stratami. Wiedzieliśmy, że El Niño jest zjawiskiem cyklicznym, które występowało na długo przed tym, zanim człowiek zaczął przeciążać atmosferę dwutlenkiem węgla, ale tym razem cykl i skutki były wyjątkowo silne, a wszystko wskazywało na to, że spalanie paliw kopalnych odegrało w tym rolę przyczynową. Otrzymywaliśmy doniesienia z całej Indonezji, że koralowce ulegają blaknięciu i że na rafach pojawiają się niewielkie ogniska chorób. Choć blaknięcie było złym sygnałem, spodziewaliśmy się tego. Najbardziej martwiły nas jednak przypadki chorób.
Wielorakie stresory towarzyszące zmianom klimatu mogły osłabiać koralowce, czyniąc je bardziej podatnymi na ataki patogenów. Ponadto tempo wzrostu niektórych bakterii, grzybów i wirusów chorobotwórczych wzrasta w cieplejszej wodzie, tworząc podwójne zagrożenie związane z ociepleniem. Obawialiśmy się, że w coraz cieplejszych i bardziej kwaśnych oceanach dodatkowymi zabójcami koralowców mogą stać się choroby zakaźne. Uświadomiliśmy sobie, że nadszedł czas, by opracować plany monitorowania zdrowia raf koralowych na całym świecie. Tylko posiadając dobre dane o stanie raf i o tym, jak się zmieniają, mogliśmy mieć nadzieję na utrzymanie tych ważnych ekosystemów oceanicznych. Ponieważ gospodarki wielu krajów zależały od tego, czy rafy koralowe pozostaną zdrowe i produktywne, nasz pomysł przekształcił się w pięcioletni program zrównoważonego rozwoju raf koralowych, kierowany przez naukowców Banku Światowego i obejmujący siedemdziesięciu innych badaczy z całego świata.
Jednym z rezultatów tego projektu był program monitoringu i badań, który opracowaliśmy we współpracy z profesorem Jamaluddinem Jompą z Uniwersytetu Hasanuddina w Makassar w Indonezji. Do roku 2013 opracowaliśmy plan oceny stanu zdrowia raf od Bali przez Sulawesi po Raja Ampat w Indonezji. Dla mnie była to ekscytująca okazja do tego, by nurkować na najpiękniejszych rafach w różnych częściach Indonezji z czołowymi badaczami koralowców z Australii i Indonezji, a jednocześnie gromadzić cenne dane podstawowe o stanie tych raf.
Kiedy badamy stan zdrowia rafy koralowej, nie możemy zapytać koralowca, jak się czuje, dlatego oceniamy wizualne i genetyczne oznaki zdrowia. Oznaczamy koralowiec jako zdrowy, jeśli ma normalny kolor i prawidłowe zachowanie polipów. Oznaczamy go jako chory, jeśli jest odbarwiony, ma wiotkie, powoli poruszające się czułki, białe plamy lub utracił zdrową tkankę i przezroczyste ciało odsłania biały szkielet. Pobieramy też próbki od koralowców wyglądających na chore, aby w laboratorium przeprowadzić testy genetyczne i sprawdzić, czy w ich tkankach znajduje się materiał genetyczny określonych bakterii, grzybów lub wirusów chorobotwórczych.
Zaczęliśmy na Bali, w pobliżu odległej wyspy Nusa Lembongan. W większości naszych lokalizacji występowały silne prądy pływowe: ocean zachowywał się przy zmianach pływów jak szybko płynąca rzeka. Niektóre prądy miały niebezpieczną właściwość opadania w dół jak podwodny wodospad. Gdy jedna z moich koleżanek dowiedziała się, że przywiozę zespół, ostrzegła mnie, że w tych prądach w tamtym roku zginęło już kilka osób. Silne prądy tworzą niebezpieczne warunki do nurkowania, ale jednocześnie podtrzymują wyjątkowo bogate rafy – dostarczając im tlen i substancje odżywcze – pełne setek gatunków ryb, prążkowanych węży morskich, jaskrawych, nakrapianych ślimaków nagoskrzelnych, pasiastych piór morskich i wielobarwnej podstawy z koralowców, która wszystko to wspiera.
Podczas nurkowania przy ścianie Ceningan na Bali było nas sześcioro – trzy zespoły po dwóch nurków. Jeden zespół miał identyfi kować i liczyć ryby, a dwa pozostałe – liczyć wszystkie koralowce na trzech liniach transektowych, każdej o długości około 9 m. Rozpoczęliśmy nurkowanie, wisząc w prądzie na linach przymocowanych do naszej łodzi, aż wszyscy byli gotowi. Zeszliśmy szybko i walczyliśmy z prądem, by dotrzeć w to samo miejsce na dnie. Gdy wisiałam pod wodą, trzymając się liny pod łodzią, by utrzymać pozycję, czułam się jak owczarek pilnujący swojego stada. Musiałam nie tylko utrzymać orientację w prądzie, ale też obserwować, jak moi współpracownicy docierają na dno, rozkładają linie transektowe i rozpoczynają pracę. Dopiero gdy sama osiągnęłam dno na moim transekcie, mogłam rozejrzeć się i poczuć magię bycia pośrodku najbardziej różnorodnej rafy koralowej na świecie.
Porwała mnie feeria barw, a pośród niej zachwycił niezwykły, niebieski twardy koralowiec, który często rósł obok jaskrawego, pomarańczowego koralowca miękkiego. Nad niezwykłym kalejdoskopem koralowców przy dnie pływały rozmaite ryby, duże węże morskie i maleńkie, jaskrawoniebieskie mureny, a pięć różnych gatunków błazenków tkwiło w swoich wielobarwnych ukwiałach. W prądzie kołyszące się koralowce i ukwiały przybierały barwy od pomarańczowej po niebieską, różową, brązową i bordową – wszystkie odcienie tworzyły wiry kolorów niczym z obrazu Van Gogha. Na tych rafach różnorodność form rozgałęzionych koralowców jest zdumiewająca.
Najprostszy sposób, by to sobie wyobrazić, to pomyśleć o zróżnicowaniu wzorów rozgałęzień drzew i krzewów oraz o gamie barw kwiatów w ogrodzie, a następnie wyobrazić sobie każdy z tych krzewów i drzew opleciony delikatną, wielobarwną, ażurową strukturą z wielobarwnego materiału mineralnego.
W pierwszej połowie mojego transektu zobaczyłam około dwudziestu gatunków koralowców rozgałęzionych. Zaskoczyły mnie dziwne, jaskrawoniebieskie okazy. Niebieski uchodzi za jedną z najrzadszych barw w przyrodzie, ponieważ tylko nieliczne naturalne pigmenty pozwalają na uzyskanie trwałego, intensywnie niebieskiego zabarwienia. Jednocześnie barwa ta ma szczególne znaczenie w środowisku morskim, gdzie światło o krótkich długościach fali przenika najgłębiej. Potem zauważyłam coś niezwykłego w ich strukturze. W końcu zrozumiałam, że to „oszust”: z wierzchu twardy i wyglądający jak koralowiec budujący rafy, w rzeczywistości był to hydro- koralowiec należący do tej samej grupy co koralowce ogniste. To nie błaha różnica – hydrokoralowce są krewniakami koralowców, które nie mają zdolności fotosyntezy jak koralowce budujące rafy, za to posiadają silne komórki parzące. Gdy dotknie się koralowca ognistego, setki nematocyst przebijają skórę i wstrzykują toksyczny jad. Początkowo boli jak po użądleniu pszczoły, lecz ból narasta, gdy toksyna zaczyna działać. Powstałe bąble goją się przez tydzień, a przez kolejne dni swędzą. Kiedy już wiedzieliśmy, czym są, omijaliśmy piękne niebieskie okazy z daleka, mimo że nasze pełne pianki zapewniały dobrą ochronę.
Były tam także co najmniej trzy gatunki dużych, rozgałęzionych, brązowych akroporowców, górujących nad rafą w rozgałęzionych wieżach, wysokich na półtora metra. Były tam osobliwie rozgałęzione koralowce o wachlarzowatym, żeberkowanym szkielecie, przypominające kształtem rożki lodów, z turkusowozielonymi krawędziami i jaskrawymi pasami promieniście rozchodzącymi się na brązowym tle. W szczelinach między większymi okazami rosło co najmniej dziesięć gatunków krótkich, bardzo delikatnych, drobno rozgałęzionych koralowców. Widziałam także zaokrąglone koralowce mózgowe. Spoglądając nieco dalej, poza wyznaczone transekty, dostrzegałam koralowce płytowe, rozciągające się na szerokość niemal pięciu metrów.
Nawet w samym sercu swojej bioróżnorodności koralowce stoją w obliczu egzystencjalnego zagrożenia, jakim jest ocieplenie klimatu. Część z tych, które badaliśmy na tych samych rafach w 2013 roku, była w złej kondycji. Zdarzenia cieplne zniszczyły delikatną symbiozę z zooksantellami i aktywowały infekcje, które pozbawiały szkielet żywej tkanki, zabijając całą kolonię. Coraz więcej dowodów wskazywało na to, że pogorszenie kondycji raf koralowych, zapoczątkowane globalnym zjawiskiem blaknięcia z lat 1997–1998, trwa nadal. Faktycznie, wszystkie rafy, które badaliśmy – od Saint Croix przez Meksyk, Australię i Palau po Zanzibar – w pewnym momencie ostatniej dekady utraciły kolory w wyniku blaknięcia spowodowanego wzrostem temperatury. Zooksantelle są zarazem sercem nadzwyczajnych zdolności koralowców i ich piętą achillesową.