Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Mikrobiom kopalnych koralowców

Mikrobiom kopalnych koralowców

Mikrobiom współczesnych koralowców rafowych jest intensywnie badany przez biologów z powodu jego olbrzymiego znaczenia dla zdrowia koralowców, co ma zasadnicze znaczenie dla funkcjonowania całej rafy. Wiedza na temat mikrobiomu kopalnych koralowców do niedawna praktycznie nie istniała (za wyjątkiem przesłanek o obecności glonów odpowiedzialnych za fotosymbiozę).

Problematykę mikrobiomu w ciekawy, przystępny sposób przybliża książka Eda Yonga, której polskie wydanie – „Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światem” – opublikowało w 2018 roku Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego (seria #nauka). Książka jest poświęcona mikroorganizmom (mikrobiota), które żyją w ciele lub na powierzchni wszystkich organizmów (również ludzi) mając niebagatelne znaczenie dla wielu aspektów ich życia, między innymi wpływając na układ odpornościowy. Bardzo często mikroorganizmy te odgrywają pozytywną rolę dla organizmu-gospodarza. Polski wydawca pisze, że książkę powinien przeczytać każdy, a zwłaszcza ci „którzy uwielbiają wszystko, co antybakteryjne”.

Poniższy tekst dotyczy mikrobiomu koralowców (Scleractinia). Również mikrobiomu kopalnych koralowców, czyli problemu badawczego nad którym pracował K. Salamon [1–4 ]. Rząd Scleractinia to koralowce, które od środkowego triasu (czyli od ok. 240 mln lat) tworzą rafy, w tym Wielką Rafę Koralową. Jedne z pierwszych na świecie budowli rafowych budowanych przez skleraktinie, jeszcze o niewielkich rozmiarach, występują na Śląsku Opolskim (badali je prof. Elżbieta Morycowa oraz prof. Joachim Szulc z ING UJ). Najlepiej poznanymi mikroorganizmami żyjącymi w ciele współczesnych koralowców są jednokomórkowe glony z rodzaju Symbiodinum (tzw. zooksantelle) przeprowadzające fotosyntezę, która warunkuje życie większości płytkowodnych koralowców, co determinuje powstawanie raf. Przesłanki wskazujące na obecność tego typu glonów u koralowców z innych okresów geologicznych dostarczają badania izotopowe oraz analiza szkieletu na poziomie nanostruktur, co jednak jest możliwe tylko w przypadku ekstremalnie dobrze zachowanych skamieniałości. Koralowce to nieliczne organizmy których mikrobiom poza mikroorganizmami żyjącymi w ciele oraz na jego powierzchni (w śluzie) obejmuje mikroorganizmy drążące (mikroendolity) w szkielecie w trakcie życia koralowca. Mikrobiom koralowców ma istotne znaczenie dla obiegu składników odżywczych i ochrony przed patogenami, a skład mikrobiomu jest wrażliwy na zmiany środowiskowe. Jest kształtowany zarówno przez abiotyczne czynniki jak i relacje z innymi makro i mikroorganizmami z bezpośredniego otoczenia [5]. Mikrobiom szkieletu obejmuje drążące mikroskopijne, filamentowe (nitkowate) glony, sinice i grzyby (o średnicach filamentów najczęściej od jednego do kilku mikrometrów czyli kilku tysięcznych milimetra). Mikroendolityczne glony symbiotyczne (w szerokim rozumieniu terminu symbioza) są powszechne w szkieletach współczesnych koralowców. Stwierdzono, że u niektórych gatunków odgrywają one szczególne znaczenie w trakcie blaknięcia koralowców czyli w czasie utraty zooksantelli. Ma to miejsce w wyniku pogorszenia warunków środowiskowych na rafie, głównie w wyniku wzrostu temperatury wody. Funkcję organizmów przeprowadzających fotosyntezę przejmują na pewien czas mikroendolityczne zielenice z rodzaju Ostreobium [5]. Kiedy glony te drążą w szkieletach martwych koralowców to negatywnie wpływają na rafę ponieważ przyczyniają się do jej bioerozji (niszczenia). Mikroskopijne, drążące grzyby są zwykle niekorzystne dla koralowców (a więc i rafy), a ich silny wzrost ma miejsce w czasie pogorszenia warunków na rafie. Przy umiarkowanym rozwoju odgrywają pozytywną rolę w obiegu azotu istotnym dla koralowca i jego mikrobiomu.

Lepiej lub gorzej zachowane mikrodrążenia wykonane w szkielecie martwego organizmu (post-mortem) są stosunkowo często znajdowane w szkieletach kopalnych koralowców. Natomiast mikrodrążenia wytwarzane in vivo (w szkielecie żyjącego organizmu) jeszcze do niedawna nie były opisywane u koralowców kopalnych. W standardowych obserwacjach mikroskopowych (w mikroskopie petrograficznym) mikrokrążenia tego typu są zwykle niewidoczne lub trudne do zauważenia. Chyba, że są one wyjątkowo duże (sporadyczne przypadki) [6] lub mikrodrążenia (pierwotnie są to pustki) wypełnione są związkami żelaza [2]. Kiedy mikrodrążenia nie zostały wypełnione przez tzw. cement (węglan wapnia wytrącony z wody) umożliwia to wykonanie ich odlewów z żywicy. Trójwymiarowe odlewy mikrodrążeń badane są w skaningowym mikroskopie elektronowym. Fosylizacja większości koralowców nie jest wystarczająco dobra, aby takie mikrodrążenia były zachowane, dlatego obserwacje skaningowe większości okazów nie dałyby oczekiwanych rezultatów, a wykonanie odpowiednich preparatów jest stosunkowo czasochłonne.  Przeprowadzone badania wykazały, że prostsze metody (np. obserwacje standardowych preparatów w mikroskopie fluorescencyjnym) umożliwiają dostrzeżenie takich struktur i wybór odpowiedniego materiału do badań w mikroskopie skaningowym [1]. Morfologia odlewów w dużym stopniu odpowiada morfologii drążących mikroorganizmów, a na podstawie podobieństwa ze śladami wytwarzanymi przez współczesne mikroorganizmy możemy z pewnymi ograniczeniami identyfikować ich producentów. Nauka zajmująca się śladami aktywności życiowej organizmów współczesnych i kopalnych zwana jest ichnologią. Badania ichnologiczne umożliwiają pełniejsze rozpoznanie dawnych biocenoz, również obejmujących organizmy bezszkieletowe, a więc o niewielkim potencjale fosylizacyjnym (możliwości zachowania się w skale). Badania takie dostarczają danych dla interpretacji środowiska w którym żyły te organizmy, a jednocześnie dla określenia warunków w których powstawała skała osadowa (wapień, piaskowiec, mułowiec). Badania takie (prowadzone także w ING UJ) dotyczą najczęściej śladów wytwarzanych przez większe organizmy (np. ślady pełzania organizmów na powierzchni osadu i ich penetracji w osadzie, drążenia wykonane przez makroorganizmy, tropy dinozaurów).

W przeciwieństwie do mikrokrążeń wykonanych post-mortem, które występują na brzegach elementów szkieletowych (mikroendolity „atakowały” powierzchnię szkieletu nie pokrytą tkanką miękką), to te które były wytwarzanie w czasie życia koralowca (będące częścią mikrobiomu) występują przede wszystkim w centralnych częściach tych elementów. Mikrodrążenia takie są często ułożone równoległe do kierunku wzrostu koralowca  ponieważ organizmy drążące „starały się nadążyć” za wzrostem koralowca (a tym samym za dostępem do światła). Badania przeprowadzone przez K. Salamona wykazały, że bazując na morfologii mikrodrążeń (głównie ichnogatunek Ichnoreticulina elegans) można stwierdzić, że dominującymi organizmami w mikrobiomie szkieletu kopalnych koralowców (już w późnej jurze; ok. 160 mln lat temu), były tak jak u współczesnych koralowców glony z rodzaju Ostreobium lub pokrewnych rodzajów (koralowce reprezentowały inne gatunki i rodzaje niż formy współczesne). Glony te są przystosowane do życia w środowisku słabo naświetlonym (choć zielenice wymagają zwykle dobrego naświetlenia wód), a takim mikrośrodowiskiem jest szkielet koralowca w którym żyją. Znacznie mniej liczne w badanym materiale były mikrodrążenia wykonane przez zasiedlające szkielet filamentowe krasnorosty, sinice i grzyby. 

Mimo że coral holobiont należy obok holobiontu człowieka (holobiont to organizm eukariotyczny i zamieszkujące go mikroorganizmy) do najlepiej poznanych, to w pracach przeglądowych wskazuje się na potrzebę intensywniejszych badań z uwagi na kryzys raf i szukanie sposobów ich ratowania [5]. Mikroorganizmy mikrobiomu koralowców umieszczane są na rafach będących w stanie kryzysu. Są one traktowane jako swoiste probiotyki (probiotics for corals) [7]. Tak jak my zażywamy probiotyki w trakcie terapii antybiotykami, które rozregulowują nasz mikrobiom jelitowy. 
Badane przez K. Salamona okazy koralowców pochodziły głównie z jury i paleocenu Polski, kredy Niemiec, eocenu Ukrainy oraz z miocenu Węgier (te ostatnie były najmłodsze – ok. 14 mln lat). Istnieje potrzeba dalszych badań szkieletów koralowców zarówno współczesnych jak i kopalnych reprezentujących różny wiek, różne środowiska i obszary geograficzne/paleogeograficzne, odmienną pozycję taksonomiczną i morfologię. Pozwoli to na określenie czynników, które determinują skład mikrobiomu. Badania kopalnych koralowców dostarczą danych dla poznania ewolucji mikrobiomu szkieletu. 

Badania mikrodrążeń nie mogą oczywiście dostarczyć tak precyzyjnych informacji o mikroendolitach (a więc i o mikrobiomie szkieletu, choć nie o mikrobiomie tkanki miękkiej) jak badania biologiczne (w tym badania molekularne), ale są jedyną metodą, która pozwoli na częściową identyfikację mikrobiomu starszych i martwych już części kolonii współczesnych koralowców. Perspektywicznym kierunkiem badań z wykorzystaniem analizy ichnologicznej jest rozpoznanie w szkielecie kolonii pasm z większą gęstością mikrodrążeń. Umożliwi to stwierdzenie intensywnego rozwoju drążących zielenic, który obserwuje się w czasie blaknięcia koralowców spowodowanym stresem środowiskowym (ale jak wspomniano wyżej glony Ostreobium przynoszą wówczas korzyści koralowcom). Zapis takich wydarzeń pozwoli na porównanie ich częstości obecnie i w przeszłości, również tej nieodległej, przed okresem w którym człowiek w istotnym stopniu zaczął ingerować w środowisko rafowe.

śp. mgr Klaudiusz Salamon

dr hab. Bogusław Kołodziej, prof. UJ

Instytut Nauk Geologicznych UJ

Literatura
  1. Salamon, K., Kołodziej, B. & Stefanskyi, V.L. (2019). Simple methods for detection of microborings produced by coral-associated microendoliths. Facies, 65 (2): 16.
  2. Salamon, K., Kołodziej, B. & Löser, H. (2021). Diverse nature of ubiquitous microborings in Cenomanian corals (Saxonian Cretaceous Basin, Germany). Cretaceous Research, 126, 104888.
  3. Salamon, K. & Kołodziej, B. (2021). Unravelling the microbiome of fossil corals: a message from microborings. Historical Biology. https://doi.org/10.1080/08912963.2021.1971213
  4. Salamon, K., Kołodziej, B., Radtke, G., Schnick, H.H. & Golubic, S. (w recenzji). Microborings in Jurassic scleractinians: A glimpse into the ancient coral skeleton microbiome. Coral Reefs.
  5. Ricci, F., Marcelino, V.R., Blackall, L.L., Kühl, M., Medina, M. & Verbruggen, H. (2019). Beneath the surface: community assembly and functions of the coral skeleton microbiome. Microbiome, 7 (1), 1-10.
  6. Kołodziej, B., Golubic, S., Bucur, I.I., Radtke, G. & Tribollet, A. (2012). Early Cretaceous record of microboring organisms in skeletons of growing corals. Lethaia, 45 (1), 34–45.
  7. Blackall, L.L., Dungan, A.M., Hartman, L.M. & van Oppen, M.J. (2020). Probiotics for corals. Microbiology Australia, 41 (2), 100-104.

Objaśnienia do zdjęć:

  1. Mikrodrążenia zielenic o wyjątkowo dużych średnicach filamentów (nawet 50–100  mikrometrów, czyli 0,05-0,1 mm) w przegrodzie koralowca z kredy Rumunii. Średnice filamentów na pozostałych fotografiach są znacznie mniejsze (w zakresie 2–10  mikrometrów).
  2. Mikrodrążenia wypełnione tlenkami żelaza (kreda, Niemcy).
  3. Żywicowe odlewy (białe „nitki”) mikrodrążeń w szkielecie jurajskiego koralowca (Polska). Obraz  z mikroskopu skaningowego (niewielkie powiększenie). 
  4. Mikrodrążenia widoczne w mikroskopie fluorescencyjnym (niewidoczne w standardowym mikroskopie); jura (Polska).
Polecamy również
Mózg w słoiku – wywiad z prof. Piotrem Winkielmanem
Mózg w słoiku – wywiad z prof. Piotrem Winkielmanem
Rośliny (nie)przyjazne pszczołom
Rośliny (nie)przyjazne pszczołom
COP24 - szczyt szczytów
COP24 - szczyt szczytów
Dlaczego powinniśmy rozmawiać o (pseudo)teoriach „Wielkiej Lechii”?
Dlaczego powinniśmy rozmawiać o (pseudo)teoriach „Wielkiej Lechii”?