Er zijn correlaties waargenomen tussen de golvende bewegingen van individuele koraalpoliepen - een ontdekking die ons begrip van koraalriffen zou kunnen vergroten. Door een zorgvuldig gecontroleerd experiment, Shuaifeng Li en  Jinkyu Yang aan de Universiteit van Washington, Seattle en collega's ontdekten dat het willekeurige zwaaien van de dieren meer gesynchroniseerd werd bij lagere temperaturen en onder rood licht. Dit inzicht stelde het team in staat om voorspellende modellen van het gedrag van de poliepen te bouwen die uiteindelijk zouden kunnen bijdragen aan essentiële instandhoudingsinspanningen voor bedreigde koraalriffen.

De levendige en diverse structuren in koraalriffen zijn opgebouwd door kolonies van dieren die koraalpoliepen worden genoemd. Deze ruwweg cilindrische wezens zijn aan hun onderkant vastgemaakt aan een hard exoskelet, uitgescheiden door eerdere generaties poliepen - soms gedurende duizenden jaren. Aan de bovenkant is de mond van een poliep omgeven door een kroon van tentakels, die in wuivende bewegingen bewegen om zich te voeden, zich voort te planten en zich te verdedigen tegen roofdieren.

Deze bewegingen zijn opmerkelijk divers: terwijl sommige poliepsoorten unieke ritmische pulsaties vertonen, zijn de bewegingen van andere soorten nauwelijks waarneembaar. Om koralen beter te beschermen tegen de talloze bedreigingen waarmee ze worden geconfronteerd, proberen onderzoekers deze verschillende soorten bewegingen nu te kwantificeren en te karakteriseren. Omdat de bewegingen echter inherent willekeurig en complex lijken te zijn, is dit analyseniveau buitengewoon uitdagend.

onderling verbonden kolonies

Bij de studie van sommige biologische systemen zorgen wiskundige modellen en volgtechnieken al voor een beter bewustzijn van hoe organismen zich gedragen. Zo is nu bekend dat willekeurige Brownse beweging essentieel is voor het begrijpen van de bewegingen die plaatsvinden in systemen van microben, zoals bacteriën. Maar voor dieren zoals poliepen, die voorkomen in uitgestrekte, onderling verbonden kolonies, is het nog steeds onduidelijk of vergelijkbare wiskundige regels kunnen worden toegepast.

Om het wiegen van koraal beter te begrijpen, namen de onderzoekers een fragment van koraal met een klein aantal poliepen en plaatsten het in een 3D-geprinte achthoekige tank - met aan elke kant een individueel regelbare klep. Hierdoor konden ze het water dat rond de poliepen stroomde precies veranderen - ervoor zorgend dat de bewegingen die ze waarnamen werden gegenereerd door de poliepen zelf, en niet door de impact van stromend water.

Het team analyseerde veranderingen in het fragment toen ze de temperatuur en lichtomstandigheden in de tank varieerden. De onderzoekers pasten vervolgens numerieke analyse toe op de bewegingen die ze observeerden - op zoek naar wiskundige relaties tussen het zwaaien van de poliepen.

Wiskundig model

Ze ontdekten dat wanneer het fragment werd blootgesteld aan zowel koelere temperaturen als rood licht, het zwaaien van de poliepen meer gesynchroniseerd werd. Deze gecorreleerde beweging verdween bij hogere temperaturen en onder blauw licht. Voortbouwend op dit inzicht hebben Li en collega's vervolgens een wiskundig model van deze bewegingen geconstrueerd, waardoor ze de reacties van de poliepen kunnen voorspellen als reactie op verschillende omstandigheden.

Hoewel het team de biologische betekenis van hun bevindingen nog niet kan verklaren, zouden de resultaten kunnen leiden tot een beter begrip van hoe wilde koralen zich gedragen, vooral als reactie op factoren zoals stijgende temperaturen en verzuring van de oceaan. Op hun beurt kunnen hun inzichten natuurbeschermers helpen om koraalriffen beter te behouden en de rijke, diverse ecosystemen die ze ondersteunen te beschermen.

Het onderzoek is beschreven in Fysieke beoordeling toegepast.