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Mar 25, 2023

Adattamenti cellulari che portano all'attaccamento di frammenti di corallo su substrati artificiali in Acropora millepora (Am

Scientific Reports volume 12,

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 18431 (2022) Citare questo articolo

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La propagazione riproduttiva mediante frammentazione asessuata nel corallo Acropora millepora che costruisce la barriera corallina dipende da (1) un riuscito attaccamento al substrato della barriera corallina attraverso la modifica dei tessuti molli e (2) un legame permanente con l'incrostazione scheletrica. Nonostante decenni di ricerche che hanno esaminato la propagazione asessuata nei coralli, la risposta iniziale, la riorganizzazione cellulare e lo sviluppo che portano all’attaccamento del substrato frammentato tramite uno scheletro appena formato non sono stati documentati nella sua interezza. Qui, stabiliamo il primo "modello di attaccamento dei coralli" per questa specie ("Am-CAM") sviluppando nuovi metodi che consentono la correlazione dei dati di immagine al microscopio elettronico e a fluorescenza con immagini time-lapse microscopiche in vivo. Questo approccio di imaging multiscala ha identificato tre fasi distinte coinvolte nella propagazione asessuata: (1) la risposta di contatto del frammento di corallo al contatto con il substrato, seguita da (2) stabilizzazione del frammento attraverso l'ancoraggio da parte dei tessuti molli e (3) formazione di una struttura ad "appendice a lamella" che porta al legame del substrato del tessuto per incrostazione attraverso l'inizio della calcificazione scheletrica. Nello sviluppo di Am-CAM, forniamo nuove conoscenze biologiche che possono consentire ai ricercatori, ai gestori della barriera corallina e ai professionisti del restauro dei coralli di iniziare a valutare l’efficacia dell’attaccamento, necessaria per ottimizzare la compatibilità specie-substrato e ottenere un efficace trapiantamento.

Lo sviluppo della barriera corallina inizia quando i nuovi coralli che formano la barriera si attaccano a substrati favorevoli tramite l'insediamento delle planule o il (ri)attaccamento di frammenti che si sono staccati dalle colonie adulte tramite disturbi fisici1,2,3. Di conseguenza, discernere gli adattamenti biologici necessari per stabilire l’attaccamento è un fattore principale per comprendere come le barriere coralline iniziano, crescono e si riprendono dopo il disturbo. Tuttavia, i processi biologici necessari per un efficace attaccamento dei frammenti di corallo ai substrati rimangono in gran parte sconosciuti nonostante la continua necessità di stabilire la biologia fondamentale dell’attaccamento per far progredire decenni di ricerca focalizzata sulla crescita dei coralli4,5,6,7,8,9,10 e sulla barriera corallina. sviluppo11,12,13,14,15.

La frammentazione delle colonie dovuta a disturbi fisici è una parte comune della vita quotidiana dei coralli a causa dei flussi di marea, delle onde e delle frequenti tempeste16,17,18, che possono essere aiutati anche da fattori biologici (ad esempio, bioeroditori19). I frammenti che si adattano con successo per formare un attaccamento possono continuare a formare colonie adulte attraverso la riproduzione asessuata1,2,16 e iniziare a riprodursi e contribuire alle popolazioni di coralli entro 1-2 anni1,20. Ad oggi, l'attaccamento dei frammenti è stato ampiamente definito come "il primo tessuto basale" che cresce su un substrato, con il successo quantificato come l'estensione del tessuto basale visibile all'interfaccia corallo-substrato21,22. Sebbene queste definizioni ampie su ciò che costituisce attaccamento siano state utili per confrontare la sopravvivenza, questa descrizione non considera le diverse fasi del processo di attaccamento del corallo o il grado in cui il frammento è "attaccato"; vale a dire, se l'attacco è costituito solo da tessuti molli o se sulla superficie di contatto è presente un nuovo scheletro.

Il successo dell'attaccamento può essere inibito da fattori biologici e ambientali come il tipo di substrato23,24, la mobilità del substrato e il movimento dell'acqua25,26,27. Si suggerisce che diversi processi organici ed esterni svolgano un ruolo nell'attaccamento efficace di un frammento di corallo. Questi includono (1) una risposta di contatto per promuovere la crescita e proteggere la colonia da detriti, organismi e/o agenti patogeni preesistenti sul substrato28,29,30,31,32; (2) stabilizzazione passiva del frammento tramite ancoraggio dei tessuti, incastro con il substrato o basse correnti d'acqua per ridurre il danno ai tessuti molli dovuto al movimento costante33; (3) mantenimento delle matrici extracellulari (ECM), che facilita l'adesione cellula-cellula e cellula-substrato34,35,36; e/o (4) la transizione dalla parete corporea superficiale esterna (SBW) a una parete corporea basale (BBW) che possiede le cellule specializzate necessarie per la produzione di ECM e la deposizione controllata di uno scheletro di carbonato di calcio6,7,37,38,39 . Tuttavia, non è stato valutato se e come questi vari fattori svolgano un ruolo nel processo di attaccamento. Tale incertezza riflette, in parte, la difficoltà nell’osservare sviluppi microanatomici così precisi simultaneamente e su più scale.