Каждая колония кораллов окружена тонким пограничным слоем воды, движение которой замедляется из-за трения о поверхность коралла. Ранее исследователи полагали, что кораллы пассивно зависят от этого медленного слоя, получая питательные вещества и кислород только за счёт естественной диффузии.
Однако в 2014 году группа учёных из Массачусетского технологического института и Института Вейцмана опубликовала прорывное исследование, показавшее, что реснички кораллов активно взаимодействуют с пограничным слоем, быстро колеблясь и создавая завихрения свежей, насыщенной кислородом морской воды. До этого момента на протяжении десяти лет эти реснички считались лишь «мётлами», которые удаляют слизь, частицы отходов и другой мусор. Работа не только впервые смоделировала микроскопические вихри, создаваемые ресничками, но и выявила их ключевую роль для выживания и метаболизма кораллов.
Изначально микробиолог и инженер-эколог Орр Шапиро, возглавивший исследование 2014 года в MIT в качестве постдокторанта, изучал, как микробы, заражающие кораллы и вызывающие заболевания, следуют градиентам концентрации — процесс, называемый хемотаксисом. Под микроскопом он заметил нечто странное: в пограничном слое частицы кружились и перемешивались, что совершенно не походило на ожидаемую пассивную диффузию. «Для меня, а позже, думаю, и для всей области, это стало своего рода сменой парадигмы», — сказал Шапиро, ныне исследователь Института Вулкани в Израиле. Стало ясно, что пограничный слой не статичен, а представляет собой динамичную зону, где реснички создают собственную турбулентность. Это открытие побудило команду Шапиро отклониться от основной темы и заняться картированием потока кислорода к тканям кораллов с помощью ресничек. «Это действительно изменило наше понимание этой микросреды, потому что внезапно диффузия перестала быть по-настоящему важной», — отметил Шапиро.
Диффузия — стандартный путь доставки питательных веществ через воду, но она крайне медленная. Кислороду может потребоваться до четырёх минут, чтобы преодолеть всего 1 миллиметр. Именно поэтому быстрые потоки, создаваемые ресничками, так важны: естественное течение воды замедляется у поверхности коралла, а кораллы потребляют кислород быстрее, чем его может поставить диффузия. Эта система доставляет достаточно кислорода, несмотря на энергозатраты ресничек. Но есть и обратная сторона: с ростом температуры количество кислорода падает. Именно тогда у кораллов начинаются проблемы.
Учёные хорошо понимают одно из последствий перегрева воды для кораллов — обесцвечивание. Когда температура воды повышается, симбиотические водоросли коралла испытывают стресс и выделяют молекулы, которые в больших количествах токсичны для коралла. Чтобы защититься, коралл изгоняет собственные водоросли — основной источник пищи, энергии и кислорода — и вскоре теряет цвет. Это медленная смерть, и она случается всё чаще по мере того, как волны тепла охватывают рифы по всему миру. Но иногда одни кораллы на рифе обесцвечиваются, а другие нет, а в иных случаях кораллы в условиях теплового стресса погибают, не изгоняя водоросли. Международная команда микробиологов, инженеров и физиологов стремилась понять, как жара влияет на реснички и может ли это объяснить различные типы гибели кораллов.