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サンゴ礁の構築には数千年かかりますが、すぐに消えることがあります。

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深海のサンゴは彼らの生活のために輝きます
最新の漂白イベントは終わったかもしれませんが、サンゴ礁はまだ危険にさらされています

犯人は通常、サンゴの白化であり、これは今日、世界中のサンゴ礁を脅かす温暖化した水によって悪化する病気です。記録された最悪の漂白イベントは、2014年から2016年の間に南太平洋を襲いました。海水温の上昇に続いて、エルニーニョの暖かい海水の突然の流入がグレートバリアリーフを傷つけました。たった1シーズンで、漂白は広大な生態系のほぼ4分の1を破壊しました。かつては、Cor海を150, 000平方マイル近く広がっていました。

「恐ろしいことに、その漂白イベントは目覚めの呼びかけでした」と、これらの重要な生態系を救うための大胆な技術を最近提案した分子生物学者レイチェル・レビンは言います。雑誌「 Frontiers in Microbiology 」に掲載された彼女のアイデアはシンプルです。自然界で白化したサンゴを再生息させる健全な共生生物を見つけるのではなく、代わりに研究室でそれらを操作します。これには重要な方法で自然を改ざんする必要があることを考えると、この提案は議論の余地のある水をかき立てる可能性が高い。

しかし、レビンは、世界中のサンゴ礁に時間がなくなると、潜在的な価値はリスクに見合うだけの価値があると主張します。

レビンは学部生として癌の薬理学を学びましたが、海洋科学のコースに手を出している間に水生生物が直面する脅威に魅了されました。彼女は、人間の病気の研究とは異なり、海洋の健康を回復するために戦っている研究者がはるかに少ないという事実に感銘を受けました。卒業後、カリフォルニア州からオーストラリアのシドニーに移り、博士号を取得しました。ニューサウスウェールズ大学の海洋生物革新センターで、人間の病気の研究の専門知識をサンゴに応用することを望んでいます。

医学では、多くの場合、研究者が新しい論争の的となる治療（つまり、2人の女性の健康な卵を1人の男性の精子と融合させて「3人の親の赤ちゃん」を作る）を試みることは、深刻な病気の脅威にさらされます。同じことは、環境科学にもある程度当てはまります。「人間のような恐ろしい病気のように、状況がいかに悲惨であるかを人々が理解すると、研究者はさらに多くのことを提案しようとし始めます」とレビンは言います。しかし、環境を保護することになると、リスクのある画期的な手法を実装しようとする支持者は少なくなります。

リーフ（驚くべき量の多様性を抱え、かつ大規模な高潮、洪水、浸食から陸地を保護する重要な海洋地域）に関しては、ためらいは致命的かもしれません。

サンゴの白化は、サンゴの死としてしばしば提示されますが、これは少し誤解を招く恐れがあります。実際、サンゴの繁栄を可能にするのは共生組合の崩壊です。サンゴの動物自体は、高層マンションの足場を構築する建築開発者のようなものです。開発者は、数十億の部屋のそれぞれを、 シンビオディニウムと呼ばれる単細胞の光合成微生物に貸し出します。

しかしこの場合、安全な住みかと引き換えに、 シンビオディニウムは光合成を使用してサンゴの餌を作ります。対照的に、白化したサンゴはさびれた建物のようなものです。食事をするテナントがいないため、サンゴは最終的に死にます。

漂白は致命的ですが、実際にはサンゴの巧妙な進化戦略です。 シンビオディニウムはバーゲンの終わりを支持することが期待されています。しかし、水が温まりすぎると、光合成が停止します。その食物が不足すると、サンゴは立ち退き通知を送ります。「それは悪いテナントを持っているようなものです。あなたが持っているものを取り除き、あなたがより良いものを見つけることができるかどうかを確認するつもりです」とレビンは言います。

しかし、海が暖かくなり続けるにつれて、良いテナントを見つけることはますます難しくなっています。つまり、立ち退きには危険が伴います。温暖化する海では、サンゴの動物は、より良い借家を見つける前に死ぬかもしれません。これは、地球周辺のサンゴ礁の生態系を破壊したシナリオです。

レビンはこの問題を解決したいと考えていました。白化したサンゴを再植生し、気候変動、本質的には完璧なテナントを維持できるスーパーシンビオントを構築するための簡単なレシピを作成しました。しかし、彼女は小さく始めなければなりませんでした。当時、「私たちが前進することを妨げる非常に多くの穴と隙間があった」と彼女は言います。「私がやりたかったのは、我々が遺伝子操作できることを示すことでした[ Symbiodinium ]。」

それでさえ、高額な注文であることがわかります。最初の課題は、単細胞生物であるにもかかわらず、 Symbiodiniumには扱いにくいゲノムがあるということでした。通常、共生生物は必要性のほとんどを宿主に依存しているため、ゲノムが合理化されています。他の種のゲノムは約200万塩基対ですが、 Symbiodiniumのゲノムは3桁大きくなっています。

「彼らは巨大です」とレビンは言います。実際、人間のゲノム全体はSymbiodiniumの3倍の大きさです。

DNAシーケンスの進歩によりこれらのゲノムの解読が可能になった後でも、科学者たちは遺伝子の80パーセントが何のためにあるのかまだ知りませんでした。「この生物でどの遺伝子が何をしていたかを追跡し、つなぎ合わせる必要がありました」とレビンは言います。渦鞭毛藻と呼ばれる植物プランクトンのグループのメンバーであるシンビオディニウムは非常に多様です。レビンは、自分の研究室で育てることができる2つの重要なSymbiodinium株に注意を向けました。

ほとんどのシンビオディニウムと同様に、最初の株はサンゴの白化を引き起こす高温に脆弱でした。ヒートダイヤルを数ノッチ上げると、この生き物は乾杯しました。しかし、最も暖かい環境に住んでいる希少なサンゴから分離された他の株は、熱を通さないように見えました。彼女が漂白条件の間にこれらの2つの株がどのように遺伝子を振るうかを理解できれば、彼女は新しいスーパー株を設計するための遺伝的鍵を見つけるかもしれません。

レビンが熱を上げたとき、彼女は丈夫なシンビオディニウムが抗酸化物質と熱ショックタンパク質の生産を増大させ、それが熱によって引き起こされた細胞損傷を修復するのを助けるのを見ました。当然のことながら、通常のシンビオディニウムはそうではありませんでした。その後、レビンは、これらの重要な耐熱性遺伝子のコピーをより弱いSymbiodiniumにさらに挿入する方法を見つけ出すことに注意を向け、それによって温暖な地域のサンゴと一緒に生きるのに適した株を作成しました。

渦鞭毛藻の細胞に新しいDNAを入れるのは簡単なことではありません。小さいながらも、これらの細胞は装甲板、2つの細胞膜、および細胞壁によって保護されています。「一生懸命プッシュすれば、抜け出すことができます」とレビンは言います。しかし、再び、あなたは細胞を殺してしまうかもしれません。そこで、レビンは、ありそうもない協力者、つまりウイルスからの助けを求めました。結局のところ、ウイルスは「遺伝子を宿主のゲノムに入れることができるように進化しました。それがウイルスの生存と繁殖の方法です」と彼女は言います。

レビンは、 シンビオディニウムに感染したウイルスを分離し、細胞を殺さないように分子的に改変しました。代わりに、彼女は熱耐性遺伝子のための良性のデリバリーシステムになるようにそれを設計しました。彼女の論文で、レビンは、ウイルスのペイロードがバクテリアが使用する自然なプロセスに依存する画期的な遺伝子編集技術であるCRISPRを使用して、それらの余分な遺伝子をシンビオディニウムのゲノムの領域にカットアンドペーストできると主張しています表現された。

それは簡単に聞こえます。しかし、生きている生態系をいじるのは決して簡単ではない、と気候変動がサンゴ礁に及ぼす生態学的影響を研究するバーミンガムのアラバマ大学の生物学教授であるダスティン・ケンプは言う。「私はこれらのソリューションを節約し、遺伝的に助けるために非常に賛成しています」とケンプは言います。しかし、「形成に数千年かかったサンゴ礁の再構築は、非常に困難な作業になるでしょう。」

1種類のサンゴ種だけに生息するSymbiodinium系統の驚異的な多様性を考慮すると、たとえ遺伝子組み換えのための堅牢なシステムがあったとしても、その多様性を回復するのに十分な異なるスーパーSymbiodiniumを設計することは可能になるのではないかとケンプは疑問に思います。「古い生い茂った森林を伐採し、外に出ていくつかの松の木を植えた場合、それは本当に森林を救うか再建するのですか？」研究に関与しなかったケンプは尋ねます。

しかし、ケンプはサンゴ礁が驚くべき速さで死んでおり、 シンビオディニウムの自然な進化が追いつかないほど速いことに同意します。「サンゴが急速に進化して[温暖化する水域]を処理できるようになったら、今までに見たことがあると思います」と彼は言います。

英国のイースト・アングリア大学の海洋微生物学者であり、植物プランクトンの遺伝的改変の先駆者であるトーマス・モックも、渦鞭毛藻の生物学はいまだに謎に包まれていると指摘しています。「私にとって、これはいらいらしています」と彼は言います。「しかし、これが通常の始まりです。オーストラリア政府の科学部門であるCSIROは、最近、サンゴの共生生物の遺伝子改変の研究を継続するために研究所に資金を提供することを発表しました。

たとえば、マラリアやジカなどの壊滅的な病気から人間を守るなど、人間の健康に関しては、科学者は致死遺伝子を渡すように遺伝的にプログラムされた蚊を放すなど、より抜本的な技術を試してみました。サンゴを救うために必要な遺伝子組み換えは、それほど極端ではないとレビンは主張する。彼女は、遺伝子組み換えSymbiodiniumが環境に放出されて死にかけているサンゴ礁に再び生息する前に、はるかに管理された実験室試験が必要であると付け加えます。

「「遺伝子組み換え」と話しているとき、これらの種を大きく変えることはありません」と彼女は言います。「私たちは、非常に変異したものを作っているわけではありません。私たちがやろうとしているのは、彼らを助けるためにすでに持っている遺伝子の余分なコピーを彼らに与えることです...私たちは狂った科学者になろうとはしていません。」