Протянутый гигантский кальмар на наших спинах и хвост 45-футового модельного правого кита, нависшего над нашими головами в Оушен-холле Национального музея естественной истории, позволяют легко представить, что мы сидим на коралловом рифе. Мэри Хагедорн, морской биолог из Смитсоновского института биологии охраны природы, делает набросок сцены: «Скажем, это все один вид. Мы можем представить Acropora Palmata . Они похожи на секвойи. Это гигантские кораллы, и перед нами их сотни ».
Вымирающий вид, также известный как кораллы лося, потому что его ветви напоминают рога лося, встречается на мелководье по всему Карибскому морю. Один раз в год, в августе или сентябре, виды размножаются половым путем методом, называемым «нерестовое вещание». Используя луну, закат (который они ощущают с помощью фоторецепторов) и химическое вещество, которое позволяет им «пахнуть» друг другом, соседние колонии синхронизируются их нерест. В течение двух-четырех ночей каждый отдельный коралловый полип в колонии выпускает связку яиц и сперматозоидов в толщу воды. Мешки, которые Хагедорн описывает как похожие на гроздья винограда, перемещаются на поверхность, где они ломаются, смешиваются с таковыми из других колоний и оплодотворяют друг друга.
В Хагедорне в Карибском и Тихоокеанском регионах было всего 63 нереста из десяти различных видов, включая Acropora palmata . «Перед нами будут некоторые, возможно, некоторые слева, а некоторые справа в этих поселениях», - говорит она, размахивая руками, как будто дирижирует оркестром нерестовых кораллов на нашем воображаемом рифе.
Коралловые рифы являются домом для четверти всех морских видов. Они защищают береговые линии от ураганов и цунами и являются источником потенциальных биофармацевтических препаратов. Но за последние 30 лет ошеломляющие 80 процентов кораллов были уничтожены только на Карибах. Болезни кораллов набирают силу, так как качество воды ухудшается, а сжигание ископаемого топлива привело к увеличению количества углекислого газа, растворенного в морской воде, что, в свою очередь, повышает кислотность воды. Скелетные отложения кораллов, которые образуют рифы, разъедаются в кислой воде, как зубы в содовой. Около трети всех кораллов находятся под угрозой исчезновения, и некоторые эксперты по кораллам говорят, что мы можем потерять рифы, какими мы их знаем, к 2050 году.
До семи лет назад Хагедорн изучал рыбу. Но, добившись определенных успехов в криоконсервации эмбрионов рыб, то есть замораживании и хранении их для дальнейшего использования, она подумала, что сможет применить некоторые из тех же методов к кораллам. В 2004 году, чтобы быть ближе к нересту кораллов, она переехала из Вашингтона, округ Колумбия, к северо-восточному побережью Оаху, где она находится в Гавайском институте морской биологии на Кокосовом острове. Она создала первые замороженные хранилища коралловых сперматозоидов и эмбриональных клеток. «Банки спермы» с образцами кораллов-эльхорнов и гавайских грибных кораллов являются своего рода страховым полисом, поскольку их можно использовать через год, 50 или даже 1000 лет, чтобы восстановить и добавить генетическое разнообразие умирающим популяциям. «Моя вещь заключается в том, что я планирую худшее и надеюсь на лучшее», - говорит она. «Это такая маленькая цена, чтобы сделать замороженный банк. И стоимость не делать это так астрономически. Нет смысла не делать этого ».
В Хагедорне было всего 63 нереста из 10 различных видов на Карибах и в Тихом океане. (Мэри Хагедорн) 
Около трети всех кораллов находятся под угрозой исчезновения, и некоторые эксперты по кораллам говорят, что мы можем потерять рифы, как мы их знаем, к 2050 году. (Майк Хенли в Национальном зоопарке) 
«Если мы потеряем наши коралловые рифы, это будет первая экосистема, которую мы потеряли, пока человек жив. Это будет на наших часах, и большая часть из-за нас. Я не думаю, что это приемлемо », - говорит Хагедорн справа. (Джим Дэниелс) 
Мэри Хагедорн создала первые замороженные хранилища спермы кораллов. «Банки спермы», на которых показаны образцы кораллов эльхорна и гавайских грибов, являются своего рода страховым полисом. (Карлос Виллох / Специалист по запасам / Corbis) Задача для Хагедорна - оказаться в нужном месте в нужное время. В Оаху она находится в состоянии готовности, когда гавайские грибные кораллы нерестятся через два дня после полнолуния в июне, июле, августе и сентябре. Со временем она доработала свои методы сбора гамет. Когда кораллы начинают «садиться», что означает, что они становятся пупырышками из яичных сперматозоидов, готовых к выпуску, Хагедорн и ее команда дайверов надевают на индивидуальные кораллы тонкие, специально подобранные сетки. На сетке находится пластиковая воронка, прикрепленная к чашке с образцом, и поплавок. После появления кораллов каякеры собирают образцы и доставляют их на берег. «На самом деле мы надеемся, что это тот тип процесса, которому мы можем научить практически любого ученого, и они могут сделать это в маленькой лаборатории на пляже», - говорит она.
Сперма и яйца жизнеспособны только в течение нескольких часов, поэтому Хагедорн и ее команда работают быстро. В лаборатории, когда мешочки распадаются, Хагедорн очищает яйца и изучает подвижность и концентрацию сперматозоидов под микроскопом, почти так же, как это делают специалисты по фертильности человека. Она обычно любит собирать сперму от пяти до семи самцов, чтобы заморозить. Если она работает с новым видом, Хагедорн тестирует разные скорости замерзания. Сперма охлаждается от комнатной температуры до температуры жидкого азота или минус 324 градусов по Фаренгейту, возможно, на 10, 20 или 30 градусов в минуту. Затем она разморозит сперму, проверит ее подвижность и определит скорость, которая приведет к наибольшему проценту сильных пловцов. В критической проверке процесса Хагедорн успешно использовал замороженную сперму кораллов для оплодотворения свежих яиц.
Хагедорн также замораживает эмбриональные клетки кораллов. Для этого она оплодотворяет свежие яйца свежей спермой и, в зависимости от вида, ждет около 12-24 часов для роста эмбрионов. Затем она отделяет эти эмбрионы и замораживает эмбриональные клетки. «Мы не знаем, как это сделать сейчас, но в будущем, мы надеемся, мы сможем взять те эмбриональные клетки, которые, скорее всего, содержат коралловые стволовые клетки, и уговорить их в отдельный коралл», - говорит Хагедорн. «Я надеюсь, что биология человеческих стволовых клеток будет развиваться такими быстрыми темпами, что мы сможем быстро использовать эти достижения и применить их к кораллам».
Хагедорн работает над расширением своего гавайского банка, включив в него сперматозоиды и эмбриональные клетки из рисового коралла, вида, склонного к болезням и обесцвечиванию. В течение двух недель в августе она посетила морскую лабораторию Кэрри Боу Кей в Смитсоновском институте в Белизе, чтобы выловить находящийся под угрозой исчезновения коралловый олень. «Сейчас время собирать», - говорит Хагедорн, в то время как в кораллах океана еще много генетического разнообразия. «Не прошло и 20 лет, как популяция могла бы еще больше упасть». В ноябре Хагедорн и Смитсоновский институт природоохранной биологии в партнерстве с Австралийским институтом морских наук, зоопарком в Сиднее, Таронга и другими, создадут замороженный банк спермы на двоих. Основные виды кораллов с Большого Барьерного рифа.
Смотрите захватывающие подводные кадры у побережья Панамы, где коралловые рифы размножаются в потоке тщательно продуманных действийНэнси Ноултон, известный биолог из коралловых рифов и кафедра морских наук Смитсоновского института в Музее естественной истории, соглашается с Хагедорном в том, что ученые должны использовать то, что им нужно, чтобы уменьшить потери кораллов. По ее словам, криоконсервация является «очень важным инструментом в наборе инструментов».
«Кораллы обычно размножаются и размножаются, и они не нуждаются в нас, чтобы помочь им», - говорит Ноултон. «Но, учитывая нестабильное состояние рифов вокруг планеты, вполне возможно, что для некоторых видов, особенно редких, нам понадобится использовать эти криоконсервированные банки, чтобы убедиться, что они не исчезнут».
Хагедорн также разрабатывает и другие инструменты, оттачивая метод замораживания небольших кусочков кораллов размером от одного до двух миллиметров. Помимо размножения половым путем, коралл может размножаться бесполым путем - если кусочек откололся, он может пустить корни на морском дне и начать новую колонию. «После оттаивания эти маленькие взрослые могут склеиваться и, возможно, через несколько лет стать репродуктивными», - говорит Хагедорн. Она также выступает за выращивание личинок кораллов в аквариумах по всему миру. В Кюрасао группа ученых из SECORE, консорциума кораллов, основанного в 2002 году, членом которого является Хагедорн, экспериментирует с выращиванием кораллов в полуестественной среде, добывая воду из рифа, чтобы молодые кораллы подвергались воздействию Возбудители и перепады температуры в дикой природе, без хищников.
Конечно, криоконсервация и восстановление кораллов должны идти рука об руку с работой по улучшению здоровья диких экосистем. «Бесполезно сажать хороших маленьких ювенильных кораллов, которые вы собрали из яиц и спермы, в поле, если условия, которые убили кораллы с самого начала, все еще преобладают», - говорит Ноултон.
В конечном итоге Хагедорн хотел бы, чтобы криоконсервация клеток кораллов проводилась в глобальном масштабе. «Она многому научила меня в том, что я испытываю страсть к тому, что ты делаешь, и упорствуешь в том, чтобы справляться с этим и продолжать заниматься тем, во что веришь», - говорит Джинни Картер, биотехник из лаборатории Хагедорна.
«Если мы потеряем наши коралловые рифы, это будет первая экосистема, которую мы потеряли, пока человек жив. Это будет на наших часах, и большая часть из-за нас. Я не думаю, что это приемлемо », - говорит Хагедорн. Она серьезно относится к тому, чтобы люди чувствовали личную ответственность за заботу о земле. «Для меня мой вклад - кораллы», - говорит она.
Маргарет Вертхайм рассказывает о том, как математика и изменение климата вдохновили ее на запуск проекта «Гиперболический вязаный крючком коралловый риф».
