Dviejuose naujiuose lauko tyrimuose – viename – su koralų lervomis, kitame – su žuvų lervomis – pirmą kartą buvo išbandyta, kaip povandeninis garsas vienu metu veikia žuvis ir koralų lervas, derinant jas su kitomis atkūrimo technologijomis, tokiomis kaip gyvos medžiagos ir 3D spausdintos gyvenviečių platformos. Tyrimo vieta buvo Koneōhės įlanka Havajuose, netoli Oōahu salos, o 2023 ir 2024 metais buvo pastebėti keli neršto atvejai. „Viename lauko tyrimų rinkinyje parodėme, kad garsas padidina ir žuvų, ir koralų lervų buvimą dirbtinių rifų struktūrose“, – teigė Aaronas Thode'as, Scrippso okeanografijos instituto tyrėjas, Scrippso aplinkos akustikos laboratorijos vadovas ir pagrindinis koralų lervų tyrimo autorius.
Scrippso okeanografijos mokslininkai atliko tyrimus bendradarbiaudami su Havajų universitetu ir kitais partneriais iš „Rapid Resilient Reefs for Coastal Defense“ (R3D) konsorciumo – projekto, kuriame daugiausia dėmesio skiriama gamtos pagrindu sukurtoms strategijoms, skirtoms bangų energijai mažinti, pakrantėms apsaugoti ir koralų atsparumui gerinti. Tyrimus ir platesnę R3D iniciatyvą finansavo Gynybos pažangiųjų tyrimų projektų agentūra (DARPA).
Naujausiame tyrime, paskelbtame spalio 8 d. žurnale „Communications Biology“ (priklausančiame „Nature Publishing Group“), nagrinėjama, kaip akustinis sodrinimas veikia koralų lervų įsikūrimą – tą kritinį etapą, kai laisvai dreifuojančios lervos ieško vietos prisitvirtinti ir pradeda kurti rifą. Tyrimas taip pat parodo gyvų medžiagų ir 3D spausdintų įsikūrimo paviršių potencialą skatinti koralų įsikūrimą natūraliomis neršto sąlygomis. „Mūsų duomenys rodo, kad kai šie dreifuojantys organizmai suvokia daug rifo skleidžiamo garso, jie tai interpretuoja kaip signalą, kad tai gera vieta įsikurti“, – sakė Thode. „Mūsų analizė taip pat pateikė tvirtų įrodymų, kad sintetiniai cheminiai signalai pritraukia šiuos organizmus prie rifų.“
Pirmiausia komanda surinko garso įrašus iš sveikos rifo aplinkos prie Oahu salos, Havajuose. Per mėnulio ciklą jų įrašymo įrenginys užfiksavo žuvų ir daugelio kitų organizmų, įskaitant krevetes ir vėžiagyvius, garsus, kurie skleidžia būdingus spragsėjimo garsus. Tada tyrėjai šiuos įrašus perdavė per povandeninį garsiakalbį tyrimo vietoje – seklioje, smėlėtoje vietoje prie mažos Moku o Loe salos. Dvi savaites garsiakalbis grojo rifo įrašus nuo saulėlydžio iki saulėtekio.
Aplink garsiakalbį komanda jūros dugne, 4,5 metro gylyje, 1–42 metrų intervalais išdėstė 37 dirbtines struktūras. Konstrukcijos skyrėsi dizainu ir paviršiaus savybėmis, įskaitant inžinerines mikrobuveines, kurias Koralų rifų ekofiziologijos ir inžinerijos laboratorijoje sukūrė Scrippso tyrėjas Danielis Wangpraseurtas. Šios mikrobuveinės buvo sukurtos dviem būdais: per jų fizinę architektūrą, kuri sukūrė sudėtingas, apsaugotas kolonizacijos erdves, ir per gyvą paviršiaus dangą BRINK – bioaktyvų „rifo rašalą“, kuriame yra gyvų bakterijų. BRINK sukūrė buvusi Scrippso podoktorantūros tyrėja Natalie Levy ir kolegos Wangpraseurto laboratorijoje.
Trijuose eksperimentuose, atliktuose per dvejus metus, mokslininkai narai matavo koralų lervų kolonizaciją praėjus vienai ir dviem savaitėms po jaunaties, kai vyksta nerštas. Naudodami rankinį mėlynos šviesos šaltinį ir geltoną filtrą, jie suskaičiavo atskiras lervas, kurios nusėdo ant kiekvienos struktūros. Eksperimentai parodė, kad struktūros šalia garsiakalbio turėjo didžiausią kolonizacijos lygį. Iš jų geriausiai pasirodė struktūros, apdorotos BRINK. „Akustika padeda, o su gyva bioplėvele tai žymiai geriau“, – sakė Thode. „Kartu su struktūromis, kuriose buvo plyšių, akustinis sustiprinimas labai gerai veikė koralų lervų kolonizacijai.“
Tyrime pažymėta, kad specializuotos 3D spausdintos struktūros, kurias sukūrė kolegos iš Havajų jūrų biologijos instituto, taip pat davė gerų rezultatų, tačiau jos buvo išbandytos tik su garsu, o ne su BRINK. Būsimiems eksperimentams komanda rekomenduoja derinti akustinį sodrinimą su šiomis sudėtingesnėmis, BRINK padengtomis struktūromis, siekiant maksimaliai padidinti sėkmingos koralų kolonizacijos tikimybę. „Dabar turime įrodymų, kad kelios iš šių technologijų veikia šioje srityje, o tai yra didžiulis žingsnis į priekį“, – sakė Wangpraseurt, kuri taip pat yra Kalifornijos universiteto San Diego pagrindinė R3D projekto tyrėja ir tyrimo bendraautorė. „Tai priartina mus prie hibridinių rifų vizijos – naujos klasės gyvos pakrančių infrastruktūros, kuri derina inžineriją ir biologiją, kad apsaugotų mūsų pakrantes ir kartu remtų rifų ekosistemų augimą ir atsigavimą.“
Susijusiame tyrime, neseniai paskelbtame žurnale „Scientific Reports“, Scrippso universiteto doktorantė Océane Boulais ir jos kolegos, naudodami specialiai sukurtas autonomines kameras, dokumentavo žuvų lervų padidėjimą tų pačių akustinio sodrinimo lauko bandymų metu. „Žuvys yra svarbūs sveikų koralinių rifų komponentai, nes tam tikros rūšys minta maistingais mikrodumbliais, kurie kitaip apsunkintų koralų lervų įsikūrimą ir augimą“, – teigė pirmasis tyrimo autorius Boulais. Kadangi žuvis lengvai trikdo žmonės, jų aktyvumo stebėjimas nardymo metu yra iššūkis, kurį Thode palygino su „Godzila, trypianti po miestą ir bandanti tiksliai suskaičiuoti visus bėgančius žmones“. Kaip sprendimą, Boulais sukūrė mažos galios autonominių kamerų masyvą, galintį nuolat fiksuoti ir skaičiuoti žuvų lervas iki trijų savaičių.
Boulais kameras išdėstė šalia sudėtingų, 3D spausdintuvu atspausdintų konstrukcijų, kurios tarnavo kaip „žuvų viešbučiai“, įėjimų, dokumentuojant įplaukiančias ir išplaukiančias žuvis, taip pat lervų buvimą. „Sukurdami šias neinvazines kameras, iš esmės galime šnipinėti žuvis ir stebėti didelę dalį jų natūralaus elgesio“, – sakė Boulais. „Šių kamerų autonomiškumas ir ilgalaikis stebėjimo dizainas leidžia mums stebėti, kurie gyvūnai pasirodo ir kiek laiko jie išbūna.“ Kameros buvo išdėstytos dviejose vietose: viena šalia povandeninio garsiakalbio su akustiniu sustiprinimu ir kontrolinėje vietoje, kur identiškas garsiakalbis neskleidė jokio garso.
Abiejose vietose lervų skaičius pasiekė aukščiausią tašką apie jaunatį, tačiau akustiškai sustiprinta vieta pritraukė iš viso keturis–keturiolika kartų daugiau žuvų lervų – tai daug žadantis požymis, kad papildomas garsas priviliojo žuvų jauniklius prie struktūrų. Rezultatai išliko net ir tada, kai komanda sukeitė tikrojo garsiakalbio ir valdymo garsiakalbio vietas. „Kameros yra gana naujos, tačiau jos jau padeda mums daug sužinoti apie ankstyvuosius rifinių žuvų gyvenimo etapus ir kaip garsas gali sustiprinti jų buvimą rife“, – sakė Boulais.
DARPA planuoja šį rudenį prie Oahu salos įrengti 22 mln. dolerių vertės hibridinio rifo struktūrą, o koralus planuojama panaudoti 2026 m. pabaigoje arba 2027 m. pradžioje. Kalaeloa hibridinis rifas bus 50 metrų ilgio ir jame bus įdiegtos R3D programoje išbandytos technologijos, įskaitant „Scripps“ sukurtas mikrostruktūras ir akustinio sodrinimo sistemą. Įrengus šią sistemą, DARPA perduos prototipinio gyvojo bangų barjero nuosavybės teisę Havajų transporto departamentui, kuris yra pereinamasis R3D programos partneris. Prie tyrimų bendraautoriais prisidėjo daugiau nei 50 tyrėjų ir R3D konsorciumo narių.
Originalus leidinį:
https://www.nature.com/articles/s42003-026-10932-3
