Symbiodinium och partnerskapet mellan korall och alg
Håll en frisk korallkoloni mot ljuset och du betraktar inte ett enda djur. Inuti nästan varje cell i den korallen lever myller av encelliga alger, så tätt packade att de ger vävnaden dess varma bruna, gyllene eller grönaktiga ton. Dessa alger, gemensamt kallade zooxanteller och dominerade av dinoflagellatfamiljen Symbiodiniaceae, är själva skälet till att ett korallrev över huvud taget kan finnas. Partnerskapet mellan ett enkelt djur och en fotosyntetiserande mikrob hör till de mest följdrika förhållandena i hela havet, och att förstå det är att förstå både revens enorma produktivitet och deras bräcklighet i ett hav som blir varmare.
Algen inuti djuret
Zooxanteller är inte växter i vardaglig mening, utan fotosyntetiserande dinoflagellater, en grupp mestadels frilevande marina mikroorganismer. I koraller bosätter de sig inuti cellerna i gastrodermis, det inre vävnadsskikt som klär matsmältningshålan. Där är de skyddade från betare och omgivna av en stabil kemisk miljö. Det släkte som man förr helt enkelt kallade Symbiodinium förstås numera som en hel familj som rymmer flera skilda släkten, däribland Cladocopium och det påfallande värmetåliga Durusdinium. Den omklassningen var frukten av flera års genetiskt arbete som visade att det som såg ut som en enda organism i själva verket var en mångskiftande släktlinje med mycket olika fysiologi.
En enskild korall hyser ofta flera symbionttyper samtidigt, och blandningen kan förskjutas med tiden. Denna rörlighet har betydelse, för olika alger tål olika förhållanden av ljus och temperatur, och det samhälle en korall bär på påverkar hur väl den hanterar påfrestningar.
Koraller ärver inte dessa partner självklart. Vissa arter för en startpopulation av alger direkt in i sina ägg, så att ynglen inleder livet redan utrustade, en väg som biologerna kallar vertikal överföring. Många andra släpper ut ägg och larver helt utan symbionter och måste skaffa dem ur det omgivande havsvattnet under sina första levnadsveckor, genom att ta upp frilevande alger i vävnaden och sålla fram de stammar som passar dem bäst. Denna tidiga rekrytering formar vilka symbionter en korall kommer att bära i åratal, och den är ett skäl till att partnerskapet kan knytas på nytt efter en förlust i stället för att vara ett band fastlagt för livet.
Ett utbyte skrivet i socker
Kärnan i förhållandet är en byteshandel. Algerna fångar solljus och binder genom fotosyntes upplöst koldioxid till energirika organiska föreningar: enkla sockerarter, glycerol, aminosyror och fetter. En stor del av denna fotosyntesprodukt går direkt vidare till värdkorallen, som använder den för att driva andning, tillväxt och bygget av sitt kalkskelett. Hos många koraller i grunt vatten står algerna för den allra största delen av djurets dagliga energibehov, långt mer än korallen någonsin skulle kunna få genom att fånga plankton med sina tentakler.
I gengäld ger korallen algerna ett tryggt hem och en jämn tillförsel av de råvaror som fotosyntesen kräver. Djurets ämnesomsättningsavfall, rikt på kväve och fosfor, blir gödning åt dess hyresgäster, och den koldioxid det andas ut föder deras kolbindning. Det är ett slutet, sparsamt kretslopp: näringsämnen som annars skulle gå förlorade återanvänds om och om igen inom samma få celler.
Att bygga rev i en näringsöken
Detta utbyte löser en gåta som länge bekymrade naturforskarna. Tropiska rev frodas i några av planetens klaraste, blåaste och mest näringsfattiga vatten, hav så karga att knappt något annat växer där i överflöd. Hur kan havets rikaste ekosystem ligga i vad som närmast är en marin öken?
Svaret är symbiosen. Eftersom solljuset avtar snabbt på djupet håller den fotosyntesberoende revbyggnaden de flesta koraller inom de översta, ljusgenomflödade metrarna, där tillräckligt med ljus når algerna; det förklarar varför de frodigaste reven trängs i klart, grunt vatten. Genom att återvinna näring internt och hämta energi direkt ur solljuset kringgår partnerskapet mellan korall och alg det omgivande vattnets fattigdom. Korallerna blir i praktiken självgödande solfångare. Denna inre hushållning låter dem avsätta kalciumkarbonat snabbt nog för att resa de väldiga tredimensionella byggnadsverk som ger skydd åt en fjärdedel av alla marina arter. Ta bort algerna och hela maskineriet hackar; korallen kan överleva en tid på fångat plankton, men den bygger inte längre rev i någonstans nära samma takt.
Varifrån färgen kommer
De bruna, gyllene och olivgröna tonerna hos ett levande rev är till stor del symbionternas egen färg och färgen hos de fotosyntetiska pigment de bär. Korallerna bildar också egna fluorescerande och färgade proteiner, som kan skärma algerna från alltför mycket ljus och ger vissa arter deras lysande blå och rosa nyanser, men den vanliga grundtonen hos de flesta revbyggande koraller går tillbaka på algernas täthet i vävnaden. Det är därför en blekt korall slår om till en skarp, papperslik vithet: när de pigmenterade algerna är borta återstår bara korallens genomskinliga vävnad, spänd över dess vita skelett.
När partnerskapet brister
Symbiosen är kraftfull men också fint avvägd, och värmestress är dess främsta fiende. När vattentemperaturen stiger så lite som ungefär en grad över det lokala sommarmaximet och stannar där i veckor börjar fotosyntesen inuti algerna fungera sämre. Ljusfångstapparaten börjar producera reaktiva syremolekyler snabbare än vad någon av parterna hinner oskadliggöra dem. Hellre än att uthärda denna inre kemiska skada stöter korallen ut sina alger, eller så bryts algerna ned och går förlorade. Vävnaden blir genomskinlig, det vita skelettet lyser igenom, och korallen sägs ha blekt.
Blekning är i sig inte detsamma som död. En blekt korall lever alltjämt, men den har förlorat den partner som förser den med större delen av dess föda. Om svalare förhållanden återvänder snabbt kan koraller återkoloniseras av alger och hämta sig. Om värmen håller i sig försvagas den svältande korallen, blir mottaglig för sjukdom och kan till slut dö. Massblekningar, utlösta av marina värmeböljor över hela regioner, har blivit det avgörande hotet mot rev världen över, och de blir vanligare i takt med att havet värms upp.
Mångfald, ombyte och motståndskraftens gränser
Alla symbionter reagerar inte likadant på värme, och däri ligger ett skäl till försiktig förhoppning. Vissa släktlinjer, särskilt somliga medlemmar av Durusdinium, tål högre temperaturer än andra. Efter en blekningshändelse kan en korall återkoloniseras av en mer värmetålig algblandning, en process som ibland kallas symbiontbyte och som kan höja kolonins framtida värmetröskel.
Det finns dock en baksida. De härdigare symbionterna lämnar ofta mindre fotosyntesenergi till värden, så att en mer värmetålig korall kan växa långsammare. Motståndskraft genom symbiontmångfald är verklig men ofullständig; den kan ge korallerna tid, inte immunitet. Den underliggande räkningen förblir kärv, för takten i havets uppvärmning kan överträffa takten i vilken reven anpassar sig. Att skydda partnerskapet innebär i slutänden att begränsa den värmestress som slår sönder det, samtidigt som man minskar den förorening och den fysiska skada som gör återhämtningen svårare.
Förstått på det viset är ett korallrev mindre en mur av sten än ett levande samarbete, en vapenvila mellan djur och alg som förnyas i varje cell, varje dag, så länge vattnet förblir svalt nog att tillåta den. Revets hälsa är denna vapenvilas hälsa.
På kartan
Den interaktiva kartan låter dig följa var dessa partnerskap frodas och var de sätts under press. Bläddra genom världens revprovinser, från Korytriangeln till Karibien, och se hur mönster av varmvattenstress överlappar de stora revsystemen. Varje dykplats är en plats där partnerskapet mellan korall och alg utspelar sig i realtid, och kartan är ett bra sätt att planera var man kan bevittna det, eller att följa hur det allt varmare havet sätter det på prov.