Les récifs coralliens, les habitats luxuriants qui abritent peut-être un quart des espèces de l'océan, disparaissent à un rythme alarmant. Selon les Nations Unies, si les températures de l'océan augmentent comme prévu, aucun des 29 récifs classés au patrimoine mondial de l'UNESCO ne conservera des écosystèmes fonctionnels d'ici à 2100. Ces sombres possibilités ont incité les scientifiques à se préparer au pire en réfléchissant différemment. .
À l'aide d'une solution antigel chargée de particules d'or et de lasers à décongélation rapide, une équipe basée à Hawaii a cryogéniquement congelé et décongelé des larves de corail pour la première fois. Cette avancée pourrait permettre à la biobanque d’espèces de coraux de préserver la diversité en voie de disparition des récifs à travers le monde. La cryogénie pourrait également contribuer aux efforts de restauration en maintenant un stock de larves de corail gelé, prêt à repeupler des récifs morts ou mourants.
«Nous pouvons geler les larves, les ramener et elles sont en vie», a déclaré Mary Hagedorn, biologiste du corail au Smithsonian Conservation Biology Institute (SCBI). Elle note que les prochaines étapes consistent à s'assurer que les coraux peuvent fonctionner de manière viable sur un récif et à intensifier le processus pour travailler sur un grand nombre de coraux.
Images confocales d'une larve du troisième jour montrant la fluorescence de la GFP (à gauche) et la distribution des particules de nanorodes en or recouvertes de DyLight entourant la larve dans un cryoprotecteur (à droite). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Hagedorn a co-écrit une recherche récemment publiée dans Scientific Reports expliquant comment les larves du corail champignon ( Fungia scutaria ) ont été congelées avec succès et ont été réactivées pour se développer normalement et nager jusqu'à 12 heures. Les scientifiques seraient ravis si les récifs de corail décimés du monde pouvaient profiter d'un second acte aussi réussi.
Les récifs et la biodiversité stupéfiante qu'ils abritent sont assiégés par le changement rapide du climat. Les conséquences généralisées, même pour les humains propriétaires fonciers, incluent une diminution des réserves de nourriture et une érosion destructive des côtes peuplées. Et les décès importants dans les récifs ne sont pas une simple question de projection, ils sont déjà une réalité. Un événement de blanchissement corallien massif en 2014-2017 a stressé 75% des récifs du monde et tué environ 30% des coraux de la célèbre Grande Barrière de Corail. Ces épisodes deviennent si fréquents que la récente évaluation nationale du climat suggère que le blanchissement des coraux sera un événement annuel dans les îles Hawaii et dans les Samoa américaines d'ici 2040.
Les coraux peuvent s'adapter à l'évolution des environnements, mais à certains endroits, le rythme est tout simplement trop rapide. La possibilité de les geler et de les réanimer peut aider à gagner du temps.
Coloration à la phalloïdine: images microscopiques à fluorescence de la phalloïdine de Wholemount de larves de F. scutaria en développement colorées pour l'actine. (Smithsonian Conservation Biology Institute) Le corail gelé s’est révélé relativement facile, dit Hagedorn. Les larves ont simplement été plongées dans de l'azote liquide après avoir été traitées avec un type d'antigel cryoprotecteur spécialement conçu pour les aider à se geler uniformément sans formation de cristaux de glace.
«Les cristaux de glace sont vraiment notre némésis», dit-elle. «Il se peut que de minuscules noyaux se forment pendant le processus de congélation et vous pouvez les considérer comme des flocons de neige. Mais vous ne voulez pas que ces flocons de neige se transforment en lances de glace plus grosses qui détruisent les cellules. »Contrairement à ce que l'on pourrait penser, le problème des cristaux de glace est en réalité le plus grave lors du réchauffement des spécimens congelés.
"Imaginez de l'eau qui gèle lentement et le moment où quelques cristaux se transforment soudainement assez rapidement en fragments de glace glacés", explique Jonathan Daly, auteur principal du journal et boursier postdoctoral du SCBI et du Hawaii Institute of Marine La biologie. "Cela se produit dans une certaine plage de température, et vous passez par cette plage lorsque vous refroidissez mais aussi lorsque vous réchauffez."
La plupart des cellules meurent au cours du processus de réchauffement, mais les scientifiques peuvent empêcher la formation de cristaux de glace en faisant dégeler rapidement les larves de corail. Pour gagner du temps, l’équipe a utilisé une technique que Hagedorn a mise au point sur les embryons de poisson zèbre avec un à deux coups de particules d’or solides et une lumière laser.
Les lasers d’Hollywood peuvent être suffisamment chauds pour vaporiser un extraterrestre, mais les versions de laboratoire ne peuvent toujours pas transférer la chaleur rapidement et de manière uniforme pour décongeler un petit embryon sans aide. Les scientifiques ont donc introduit des particules de nanogold réparties dans la solution antigel, qui ont absorbé la lumière du laser et l'ont transformée en chaleur, ce qui a permis au corail de sortir de son gel. «Il dégèle en une seconde», dit Daly.
Jonathan Daly cryoconserve les larves de coraux. (Gary Cranitch / Fondation Grande barrière de corail) La congélation de coraux viables a le potentiel de maintenir la biodiversité future en préservant l’ensemble de la génétique des coraux. «Nous ne savons pas comment nous pourrons utiliser ce matériau dans 100 ans, mais le faire maintenant, alors que nous avons encore beaucoup de diversité sur les récifs et que nous le perdons très rapidement, est vraiment important», a déclaré Hagedorn. Quatorze espèces de spermatozoïdes et d'embryons de corail recueillies sur la Grande barrière de corail sont déjà congelées au zoo Taronga Western Plains en Australie et dix autres au programme national de matériel phytogénétique animal de l'USDA à Fort Collins, CO.
Ces spermatozoïdes stockés nécessiteraient une association avec des œufs vivants, mais Madeleine van Oppen, de l'Institut australien des sciences de la mer et de l'Université de Melbourne, affirme que cet exploit change le jeu en démontrant la capacité de geler un organisme complet qui, espérons-le, pourrait être décongelé. à vivre et à grandir.
«Il est très important de préserver la diversité génétique actuelle afin de pouvoir l'utiliser à l'avenir comme une banque de semences qui a été développée pour les espèces cultivées», poursuit van Oppen. «Les gens peuvent retourner chez eux et constituer un stock de cultures pouvant mieux résister à la sécheresse ou à la chaleur car ils disposent de cette banque de diversité génétique qui leur permet de le faire. Donc, si nous pouvons faire quelque chose de similaire au Global Seed Vault pour les coraux, cela sera extrêmement puissant dans le futur. ”
Malheureusement, cet avenir n'est pas encore arrivé. Le corail de champignon était gelé parce que ses larves étaient petites et faciles à travailler. L'équipe doit maintenant tout peaufiner, de la composition antigel aux paramètres laser, de manière à préserver de la même manière les coraux de grande taille qui construisent un récif. «Nous pensons que cela sera évolutif», déclare Hagedorn.
Corail de champignon adulte (F. scutaria). (Smithsonian Conservation Biology Institute) Un autre défi consiste à élargir considérablement la taille de l'opération afin qu'elle puisse être utilisée pour la restauration des récifs.
«Nous devons passer du gel de centaines de ces objets à des centaines de milliers pour que des coraux puissent vivre sur un récif», déclare Hagedorn. Si un tel nombre de larves peut être conservé de manière cryogénique, il est possible que le taux de reproduction lent du corail suralimente. La ponte des coraux ne se produit que lorsque les conditions sont optimales, une fois par an et pour quelques jours seulement.
«Si nous pouvons constituer un dépôt de stocks de larves congelées que nous pourrions sortir du congélateur chaque fois que nous aurons besoin de restaurer un récif, cela pourrait être fait à tout moment de l'année pour ne pas vous limiter à un événement de frai de corail. Ce serait bien sûr absolument fabuleux », déclare van Oppen. "Ce serait particulièrement vrai si vous pouviez combiner cela avec certains des travaux en cours pour essayer de développer un stock de corail plus tolérant à la chaleur."
La réintroduction de coraux une fois congelés peut ne pas être très fructueuse dans les endroits où les conditions qui ont provoqué la mort des récifs persistent. Mais si l'environnement des coraux s'améliore ou si les humains peuvent créer des coraux plus résistants aux conditions futures, il y a de fortes chances que nous aurons une population de coraux cryogéniques dégelés et servis prêts à en tirer parti.
