Коралловые колонии окружены тонким пограничным слоем воды, движение которой замедляется из-за трения о поверхность организма. Ранее учёные считали, что кораллы не влияют на этот слой и получают кислород с питательными веществами благодаря естественной диффузии. Однако исследования показали, что ключевую роль в обмене воды играют реснички на поверхности кораллов.
В 2014 году специалисты Массачусетского технологического института и Института Вейцмана опубликовали работу, посвящённую этому механизму. Они установили, что реснички быстро колеблются и создают небольшие вихри, которые подводят к кораллу свежую, насыщенную кислородом морскую воду. До этого структуры воспринимали главным образом как «метлы», перемещающие слизь и удаляющие отходы и частицы мусора.
Микробиолог и инженер-эколог Орр Шапиро, руководивший исследованием в Массачусетском технологическом институте, первоначально изучал, как вызывающие болезни кораллов микроорганизмы находят нужные участки по градиентам концентрации. Под микроскопом он заметил, что частицы в пограничном слое не просто медленно распространяются, а перемешиваются и движутся по круговым траекториям. «Это было для меня и, как мне кажется, позже для всей научной области своего рода сменой парадигмы», — сказал Шапиро, который сейчас работает в Институте Вулкане в Израиле.
Открытие показало, что пограничный слой представляет собой не неподвижную прослойку, а динамичную зону, где реснички формируют собственные потоки. Команда Шапиро проследила, как благодаря этому движению кислород поступает к тканям коралла. «Это действительно изменило наше понимание этой [микро]среды, потому что внезапно диффузия перестала быть по-настоящему важной», — отметил исследователь.
Диффузия остаётся обычным способом переноса питательных веществ в воде, но происходит крайне медленно: кислороду может потребоваться до четырёх минут, чтобы преодолеть расстояние всего в один миллиметр. При этом кораллы расходуют кислород быстрее, чем он успевает поступать за счёт диффузии, поскольку вода у их поверхности движется медленнее. Реснички компенсируют этот недостаток, хотя их работа требует от организма дополнительных затрат энергии.
Проблемы возникают при повышении температуры воды: в более тёплой воде содержание кислорода снижается. Известное последствие перегрева — обесцвечивание, при котором симбиотические водоросли испытывают стресс и выделяют токсичные для коралла вещества, после чего организм вытесняет их. Но на одном рифе одни колонии могут обесцвечиваться, а другие — нет, тогда как некоторые кораллы погибают от жары, не избавляясь от водорослей. Международная группа микробиологов, инженеров и физиологов решила выяснить, как высокая температура влияет на реснички и может ли это объяснить разные варианты гибели кораллов; об этом сообщило Wired.