산호초의 회복을 돕는 창의적인 방법

산호초는 햇빛이 비치는 열대의 파도 아래에 있는 분주한 수중 도시입니다. 수천 마리의 다채로운 생물이 인간 도시의 시민만큼 시끄럽고 빠른 속도로 클릭하고, 돌진하고, 쏜다.

수천 년 동안 조직처럼 얇은 층으로 지어진 산호는 이 수중 고담의 고층 아파트 건물입니다. 그들의 칼슘 골격은 작은 무척추 동물 세대를 나타냅니다. 그것들을 덮는 것은 다채로운 산호 폴립의 살아있는 층입니다. 그들의 복잡한 구조는 피난처를 제공합니다. 그리고 약 114종의 물고기와 51종의 무척추동물에게 저 고층빌딩 산호는 점심입니다.

중요하지만 산호는 위험에 처해 있습니다.

온난화된 바다는 산호에 스트레스를 줍니다. 이로 인해 표백되어 하얗게 변하고 취약해집니다. 섭씨 1도에서 2도(화씨 1.8도에서 3.6도)의 온도 상승이 지속되면 산호를 죽이기에 충분할 수 있습니다. 온실 가스 배출은 물을 산성화합니다. 그것은 산호의 칼슘 골격 산을 녹일 수 있습니다.

화학 물질 역시 산호나 산호의 애벌레에게 스트레스를 주거나 죽일 수 있습니다. 이러한 화학 물질 중 일부는 땅을 씻어냅니다. 자외선 차단제와 같은 기타 제품은 사람에게서 씻어낼 수 있습니다.

일부 국가에서는 어부들이 엄청난 양의 시안화 독을 방출하여 물고기를 잡습니다. 다른 사람들은 물고기를 잡기 위해 다이너마이트 폭발을 일으켜 산호 잔해를 남길 수 있습니다.

오늘날 전 세계 산호초의 약 60%가 사라질 위험에 처해 있습니다.

암초에 대한 위협은 “지난 수십 년 동안 극적으로 증가했습니다”라고 Peter Harrison은 말합니다. 그는 호주 Lismore에 있는 Southern Cross University의 해양 과학자입니다. 그는 30년 동안 산호를 연구했습니다. “암초 연구원 시절에 상황이 악화되는 것을 직접 목격했습니다.”라고 그는 말합니다.

30년 전만 해도 대규모 산호 사멸은 들어본 적이 없었습니다. 그러나 오늘날 산호초는 1998년 이후 세 번째 세계적인 백화 현상으로 고통받고 있습니다. 높은 해수 온도는 2014년 이후 계속되고 있습니다. 올 여름은 기록상 전 세계적으로 가장 길고 가장 광범위한 산호 백화 현상을 기록했습니다. National Coral Bleaching 태스크포스의 4월 보고서에 따르면 호주 그레이트 배리어 리프 북부의 80% 이상이 하얗게 탈색되었습니다.

산호초가 급강하함에 따라 전 세계의 과학자들은 아직 할 수 있는 동안 산호를 구하기 위해 안간힘을 쓰고 있습니다. Ruth Gates는 한때 급진적이었던 접근 방식이 “지금은 일부 지역에서 필요하다고 여겨진다”고 말합니다. 그녀는 호놀룰루에 있는 하와이 해양 생물학 연구소의 산호 생물학자입니다.

플로리다에서 연구원들은 작은 산호 조각으로 암초를 복원하고 있습니다. 하와이에서 Gates는 스트레스에 강한 산호를 찾기 위해 물을 샅샅이 뒤지고 있으며 실험실에서 가장 강인한 개체를 더 많이 번식시키기 위해 실험하고 있습니다. 지난 6월 호놀룰루에서 열린 제13회 국제 산호초 심포지엄에서 해리슨 팀은 작은 산호 유충으로 필리핀의 손상된 산호초를 범람시키려는 노력의 초기 유망한 결과를 보고했습니다.

정답은 없습니다. 한 암초에서 작동하는 것이 다른 암초를 구하지 못할 수도 있습니다. 그래서 연구원들은 산호초를 구출하기 위한 혁신의 무기고를 테스트하고 있습니다. 그들은 이 수중 도시가 영원히 사라지기 전에 성공하기를 희망합니다.

다른 이야기
1980년대 초, 해리슨은 호주 타운즈빌에 있는 제임스 쿡 대학교 대학원생이었습니다. 그는 인근 그레이트 배리어 리프에서 일하고 있었습니다. 세계에서 가장 큰 산호 시스템입니다. 당시 교과서에서는 대부분의 산호가 산란을 통해 번식한다고 가르쳤습니다. 번식기에는 몸 안에서 수정이 일어난다. 그런 다음 아기는 일년 내내 산호초를 보충하기 위해 물로 풀려납니다. 그러나 해리슨은 매우 다른 것을 목격했습니다. 봄 보름달 주변의 며칠 밤 동안 산호가 산란했습니다. 그들은 물속에서 수정하기 위해 난자와 정자를 물에 뿌렸습니다. 바다는 분홍색의 기름진 산호 알과 정자로 뒤덮였습니다.

“우리는 산호가 교과서를 읽지 않았다는 것을 발견했습니다.”라고 Harrison은 말합니다. 난자와 정자는 산호체 밖에서 만나고 있었다. 애벌레라고 불리는 새끼는 해류를 따라 표류하면서 자랄 것입니다.

그 발견은 “우리의 이해를 근본적으로 바꾸어 놓았습니다.”라고 Harrison은 말합니다. 그것은 산호 번식에 대한 일련의 연구에 박차를 가했습니다. 그리고 그 결과 많은 산호가 1년에 한두 번만 알과 정자를 공동으로 대량 방출하는 방식으로 번식한다는 현대적인 이해로 이어졌습니다. 그 결과 대부분의 유충은 죽거나 바다로 표류한다고 Harrison은 말합니다. 극히 일부만이 성인이 될 때까지 살아남을 것입니다. 그렇더라도 대량 산란은 “암초가 시간이 지남에 따라 스스로를 보충하는 방법”이라고 그는 말합니다.

해리슨이 발견한 직후, 비정상적으로 따뜻한 해수 온도가 그레이트 배리어 리프를 강타했습니다. 그런 다음 전 세계의 다른 암초가 따뜻한 바닷물에 부딪쳤습니다. 일반적으로 작은 조류 세포는 산호 폴립 안에 산다. 조류는 산호를 위해 설탕을 만듭니다. 그들은 또한 산호에 특유의 밝은 색상을 부여합니다. 그러나 이러한 온도 급상승 동안 조류는 독성으로 변합니다. 산호는 조류 파트너를 뱉어내어 하얗게 표백됩니다. 그리고 해조류가 돌아올 수 있을 만큼 온도가 충분히 식지 않으면 산호가 죽을 수 있습니다.

전 세계의 산호는 과거에 기록된 것보다 더 자주 그리고 더 심하게 백화되기 시작했습니다. 과학자들은 산호초가 사라질까 봐 걱정하기 시작했습니다. Dave Vaughan과 같은 일부 연구자들은 조치를 취했습니다. 그는 플로리다 주 Summerland Key에 있는 Mote Tropical Research Laboratory에서 산호 복원 프로그램을 관리하고 있습니다.

그 당시 Vaughan은 양어장이었습니다. 그는 포로 상태에서 바닷물 고기 종을 키 웠습니다. 그는 열대 수족관 탱크용 산호를 재배하기 시작했습니다. 당시 수족관용으로 판매되는 모든 산호는 야생에서 채취된 것이라고 Vaughan은 회상합니다. 그는 환경 친화적인 대안으로 산호 종을 사육하기 시작했습니다.

어느 날 Philippe Cousteau가 농장을 견학하러 왔습니다. Cousteau는 전설적인 해양 탐험가 Jacques Cousteau의 손자입니다. 그는 가족 사업을 계속하면서 사람들에게 바다와 보존에 대해 교육하기 위해 노력했습니다. 젊은 Cousteau는 Vaughan이 수족관용 산호를 키우는 것을 보고 “고개를 저었다”고 Vaughan은 기억합니다. 그는 “데이브, 당신이 수족관 거래를 위해 이것을 할 수 있다면 암초를 위해 이것을 할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

그 초창기에 대부분의 과학자들은 닻을 떨어뜨리거나 좌초된 보트로 인한 소규모 암초 손상을 해결하고 있었다고 Vaughan은 설명합니다. 그 비늘로 암초를 수리하기 위해 과학자들은 산호를 이식하기 시작했습니다. 암초 관리자는 인접한 암초의 건강한 산호에서 3~5센티미터(1~2인치) 조각을 부수었습니다. 그런 다음 그들은 그 덩어리를 손상된 부분에 이식했습니다.

Cousteau의 방문은 Vaughan이 암초 복원을 시도하도록 설득했습니다. 이 작업을 수행하는 동안 11년 전 Vaughan은 획기적인 발견을 했습니다. 보통 그는 3~5센티미터 크기의 조각을 이식했습니다. 그러나 그는 또한 전통적인 조각의 절반도 안되는 더 작은 조각을 이식했습니다. 이 산호 “미세 조각”은 놀라울 정도로 빠르게 스스로 복구된다는 사실을 발견했습니다. 과학자들이 지금까지 산호가 자라는 것을 기록한 것보다 25~40배 더 빠릅니다.

오늘날 Vaughan의 팀은 Florida Keys의 죽은 산호 골격 표면에 유전적으로 동일한 많은 미세 조각(클론)을 퍼뜨리고 있습니다. 그 조각들이 함께 융합되면서 죽은 암초 위에 빠르게 성장하는 “껍질”을 만듭니다.

Chris Page는 수천 개의 조각이 2~3년 안에 잠재적으로 작은 암초를 뒤덮을 수 있기를 희망합니다. 이 생물학자는 Mote Marine Laboratory의 Vaughan과 협력했습니다. 단지 2~3년이면 매우 빠르다고 그는 말합니다. “자연에는 그런 일이 일어나지 않습니다.”

Vaughan의 팀은 오늘날 미세 조각화를 위해 17종을 재배하고 있습니다. 산호는 육지의 큰 여물통에서 자라며, 그 사이로 바닷물이 흐릅니다. 6개 정도의 산호는 암초의 구조를 만드는 천천히 자라는 종입니다. 일부는 트럭 크기의 바위에 쌓일 수 있습니다.

처음 200개의 마이크로파편이 3년 전에 바다에 떨어졌습니다. 그들은 플로리다 빅 파인 키(Big Pine Key) 근해의 산호초에 있는 두 곳에서 도입되었습니다. 식민지는 이제 식재 당시보다 6~8배 더 커졌습니다. 그리고 그들은 약 5갤런 양동이 뚜껑 크기의 패치로 융합되기 시작했습니다. 그 이후로 Vaughn과 Page는 야생에 10,000개에 가까운 미세 조각을 심었습니다.

“사람들은 희미한 빛을 찾고 있었습니다.”라고 그는 말합니다. “그리고 복원은 큰 방식으로 그렇게 되고 있습니다.”

암초의 씨앗
조각화와 최신 미세 조각화는 시간과 노동 집약적입니다. 그것은 그것들을 매우 비싸게 만듭니다. 그리고 Harrison은 그들이 복제에 의존한다고 말합니다.

하나의 산호를 조각내어 살찌게 한 다음 암초 주위에 심으면 각 덩어리는 유전적으로 동일합니다. 그 모든 조각에는 감염과 싸우고 스트레스에 대처하는 것과 같은 일을 하는 동일한 DNA 청사진이 있습니다. 그러나 클론이기 때문에 이러한 각 산호는 동일한 장점과 동일한 약점을 공유합니다. 그것은 자연 암초에서 많이 발생하지 않습니다. 그곳에서 개인은 유 전적으로 다르며 강점과 약점이 다릅니다.

해리슨은 “사람들은 수년 동안 산호 정원을 가꾸다가 다음 번 표백 현상으로 모두 쓸어버리게 되었습니다. 더 많은 다양성으로 인해 그 산호 중 일부는 살아남았을 것이라고 그는 말합니다. 백화와 질병이 더 흔해질 더 따뜻한 세상에서 “유전적 다양성은 회복력과 같습니다.”

다양성 문제를 해결하기 위해 Vaughan과 Page는 각 산호 종의 20~30가지 유전 변이를 키우고 있습니다. 이들을 혼합하여 암초 주변에 심을 것입니다. 그들은 또한 서머랜드 사주에서 자랄 4가지 산호 종의 야생 서식지에서 알과 정자를 수집하고 있습니다.

해리슨은 1980년대 초 산호가 정자와 알을 바다로 뿜어내는 것을 본 이후로 유전적 다양성에 대해 생각해왔다. 결과 유충 중 일부는 살아남을 것입니다. 많은 사람들이 표류할 것이고 대부분은 죽을 것입니다. 동시에 그는 암초가 쇠퇴하는 것을 보았습니다. Harrison은 과학자들이 수백만 마리의 다양한 아기 산호를 가져와 암초에 정착하여 손상된 생태계를 보충할 수 있도록 도울 수 있다면 어떨까요?

다른 연구자들도 스스로에게 같은 질문을 던졌습니다. 1990년대 후반과 2007년부터 2009년까지 두 개의 프로젝트에서 해저 위에 설치된 메쉬 텐트의 건강한 암초에 산호 유충을 방출했습니다. 연구는 호주와 서태평양의 섬나라인 팔라우에서 이루어졌습니다. 두 프로젝트에서 수천 마리의 산호 새끼들이 텐트 아래에 정착했습니다. 이것은 과학자들이 자연적으로 보았던 것보다 훨씬 더 많은 것이었다.

그러나 이러한 초기 결과는 오해의 소지가 있었을 수 있습니다. 팔라우의 초기 산호 정착민 대부분은 30주 이내에 사망했습니다. 애벌레로 암초를 범람해도 산호 수에 지속적인 차이가 없었습니다. 아마도 연구원들은 정착민들이 너무 붐볐을 것이라고 추측했습니다. 이 경우 애벌레가 있는 암초를 늪에 빠뜨리는 것은 말이 되지 않습니다.

돌풍 낚시와 같은 최악의 문제가 중단된 심하게 손상된 암초를 찾는 것이 아이디어였습니다. Harrison은 성숙한 산호 몇 마리를 실험실로 가져가 수족관 탱크에서 정자와 알을 방출하도록 설득했습니다. 그런 다음 그는 백만 마리 이상의 애벌레를 다시 암초로 가져갔습니다. 계획은 정착하는 아기로 환경을 포화시키는 것이 었습니다. 이것은 성체 산호가 더 건강한 날에 했을 일을 흉내낼 것입니다.

2013년 학생 Dexter dela Cruz가 이끄는 Harrison 팀은 필리핀에서 작은 파일럿 실험을 시작했습니다. Magsaysay라는 암초는 폭발 낚시로 황폐화되었습니다. 이것은 어부들이 쉽게 잡기 위해 물고기를 기절시키거나 죽이기 위해 폭발물을 던지는 때입니다.

돌풍 낚시는 “망치로 암초를 치는 것과 같습니다”라고 Harrison은 말합니다. 막사이사이 암초의 토대를 형성했던 큰 산호가 산산조각이 났습니다. 활기차던 도시는 이제 황무지가 되었습니다.

2013년까지 돌풍 낚시는 중단되었습니다. 그러나 막사이사이는 저절로 회복되지 않았습니다. 그래서 Harrison의 팀은 신입 사원을 데려왔습니다. 이 유충은 인근의 더 건강한 암초에서 채집되었습니다. 그들은 Acropora tenuis라고 불리는 빠르게 자라는 보라색 팁 산호 종에서 왔습니다. 과학자들은 백만 마리 이상의 유충을 암초 위에 수중으로 설치한 바닥 없는 메쉬 텐트에 풀어 놓았습니다. 5일 후 Harrison의 팀은 메쉬 인클로저를 제거했습니다.

그 후 6개월 동안 작은 산호 정착민 대부분이 사망했습니다. 그러나 그로부터 3개월 후, 나머지 인구는 이제 안정되었습니다. 과학자들은 어린 산호가 더 많이 죽을 것으로 예상했습니다. 그러나 “믿을 수 없을 정도로 특별하게” Harrison은 말합니다. 어린 산호는 3살이 되었을 때, 그리고 저녁 접시 크기만 했을 때 성적으로 성숙했습니다. Dela Cruz는 지난 6월 호놀룰루에서 열린 회의에서 그의 팀이 발견한 결과를 발표했습니다.

느리게 자라는 산호의 경우 Harrison의 접근 방식에는 더 많은 인내가 필요합니다. 그러나 A. tenuis와 같이 빨리 자라는 종의 경우 유충을 다시 파종하는 것이 심각하게 손상된 암초가 다시 회복되도록 돕는 빠르고 저렴한 방법이 될 수 있습니다.

승리하는 산호
손상된 산호초에 더 많은 유충을 모으는 것이 첫 번째 단계라고 Harrison은 말합니다. 그러나 일부 개인은 다른 사람보다 더 강하고 스트레스에 더 잘 견딥니다. 자라면서 이러한 “승자”는 살아남는 것으로 두드러집니다.

막사이사이에서 태평양 건너 게이츠는 그러한 승자를 연구하고 있습니다. 하와이 오아후 섬에서 떨어진 코코넛 섬에 있는 그녀의 연구실에는 줄지어 늘어선 실내 및 실외 수족관이 웅웅거리고 있습니다. 그 탱크는 Montipora capitata로 가득 차 있습니다. 이것은 지역적이고 빠르게 성장하는 산호입니다. 그것은 섬을 둘러싼 고르지 못한 암초에서 수집되었습니다.

2014년과 2015년에는 비정상적으로 따뜻한 물이 하와이를 강타했습니다. 스트레스를 받으면 많은 산호가 공생 조류를 거부했습니다. 그런 다음 그들은 건강한 갈색에서 흰색으로 희게되었습니다. 몇몇은 죽었다.

Gates 팀은 백화 도중과 이후에 섬 주변의 암초를 순찰했습니다. 과학자들은 뜨거운 물에서도 갈색을 유지하는 강건한 M. capitata 개체를 찾았습니다. 그들은 하얗게 탈색되었다가 다시 회복된 M. capitata에도 관심이 있습니다. Gates는 이 작업을 “최고의 운동 선수를 찾는 고등학교에서” 프로 스포츠 스카우트와 동일시합니다.

최고의 성과를 내는 사람을 찾으면 Gates는 그들을 실험실로 데려와 각자의 속도로 실행합니다. 그녀는 해수 탱크에서 각각의 프로페셔널을 다양한 온도와 pH 수준에 노출시킵니다. 일부 조건은 오늘날의 바다를 재현합니다. 다른 것들은 미래에 예상되는 더 따뜻하고 더 산성인 바다를 모방합니다.

오늘날 Gates는 가장 강한 산호를 사육하고 있습니다. (그녀의 첫 번째 아기 배치는 이번 여름에 태어났습니다.) 그녀는 최고의 성과를 낸 사람들이 부모의 장점을 물려받은 “매우 재능 있는 아이들”을 갖기를 희망합니다. 암초에 심은 새 아기가 어떻게 될지 말하기에는 너무 이릅니다.

“우리는 산호에게 다리를 제공하려고 노력하고 있습니다.”라고 그녀는 말합니다. 인간의 개입 없이 생존할 수 있을 만큼 건강한 산호초가 궁극적인 목표입니다. 향후 5년 동안 연구원들은 M. capitata에서 분기할 계획입니다. 그들은 코코넛 섬 주변 만에서 발견되는 다섯 종의 슈퍼 산호를 찾을 것입니다.

다음 대규모 백화 현상이 발생하기 전에 슈퍼 산호를 찾는 것이 이상적일 것입니다. 하지만 이를 위해서는 연구원들이 또 다른 회복력의 징후가 필요합니다. Gates는 산호가 빛나는 방식으로 그 표시를 숨길 수 있다고 말합니다.

산호와 그들의 공생 조류에는 형광 단백질이 가득합니다. 이 단백질은 들어오는 빛을 흡수한 다음 빛을 내어 다시 뱉어냅니다. 형광 단백질이 산호에 어떤 역할을 하는지는 확실하지 않습니다. 그들은 얕은 바다에서 강렬한 빛으로부터 산호를 보호하는 일종의 자외선 차단제일 수 있습니다. 또는 어떤 형태의 위장일 수도 있고 심지어 면역 체계의 일부일 수도 있습니다.

스트레스는 산호의 빛나는 단백질에 영향을 미치고 형광 패턴을 변경합니다. 태평양과 인도양에 서식하는 Acropora yongei를 생각해 보십시오. 2013년에 연구원들은 Scientific Reports에 녹색 형광 단백질의 수준이 온도 스트레스로 떨어졌다고 보고했습니다. 그로 인해 산호가 덜 강렬하게 빛났습니다. 이전 연구에서는 멸종 위기에 처한 카리브해 산호인 Orbicella faveolata를 조사했습니다. 장기간의 고온은 녹색 대 주황색 형광의 비율을 변경합니다.

Gates는 슈퍼 산호가 스트레스를 받으면 백화하는 산호보다 건강한 형광 패턴을 훨씬 더 오래 유지할 것으로 예상합니다. 다음 단계는 작은 산호 조각에 스트레스를 주고 매우 강력한 현미경으로 어떤 일이 일어나는지 관찰하는 것이라고 그녀는 말합니다. 그녀는 산호 덩어리를 산성화 물이나 페트리 접시 내부의 따뜻한 온도에 노출시킬 것입니다. 현미경은 누빈의 형광을 포착합니다. 그러면 어떤 산호가 가장 오래 건강하게 유지되는지 알 수 있습니다.

과학자들이 가장 강한 산호를 식별할 수 있게 되면 선택적 번식과 다른 재활 기술을 결합할 수 있습니다. 미세 조각화와 같은 접근 방식은 슈퍼 콜로니가 매우 빠르게 성숙하도록 도울 수 있습니다. 그런 다음 Gates는 “우리는 암초가 자체 자손을 아주 빨리 생산하도록 하는 전략을 가질 것입니다.”라고 말합니다.

암초를 보호하는 두 가지 접근법은 동일하지 않습니다. 그것은 아마도 좋은 것입니다. 산호 조각화, 재파종 및 선택적 번식은 각각 장단점이 있습니다.

Gates는 “하나의 크기가 모두에게 적합할 것이라는 가정은 완전히 잘못된 것입니다.”라고 말합니다. 전 세계적으로 산호초에는 다양한 위협에 직면한 다양한 종들이 살고 있습니다. 해양 온난화와 같은 일부 문제는 범위가 전 세계적입니다. 도로와 농장에서 흘러나오는 오염, 남획, 다이너마이트 낚시와 같은 다른 것들은 더 지역적인 경향이 있습니다. 이러한 모든 차이점과 함께 재활에 대한 접근 방식도 달라져야 합니다. 사용되는 프로그램은 손상의 유형과 심각도, 지역 산호 종의 혼합이 어떻게 반응할 수 있는지에 따라 달라질 수 있습니다.

멀리 떨어진 도시와 마찬가지로 각 산호초에는 서로 다른 요구 사항과 우선 순위가 있습니다. 플로리다 해안에서 작동할 수 있는 것이 반드시 태평양에서는 작동하지 않습니다. 전 세계적으로 “우리가 하는 일이 다를까요?” 게이츠가 묻습니다. “전적으로.”

Gates, Vaughan 및 Harrison은 경쟁하기보다는 공통의 목표를 향해 노력하는 많은 사람들 중 세 명의 십자군입니다. 그들은 산호가 더 이상 인간의 도움을 필요로 하지 않는 날을 꿈꿉니다. 그들의 희망은 구해야 할 암초가 아직 남아 있는 동안 올바른 접근 방식을 찾는 것입니다.

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