Il gruppo degli cnidari comprende coralli, meduse e anemoni di mare. Ma i coralli, così come li conosciamo, non sono semplici animali, fanno parte di un olobionte: sono unità ecologiche che comprendono l'ospite cnidario e le alghe dinoflagellate associate (Symbiodinaceae), microeucarioti, virus, batteri e archei. 

Le temperature estreme interrompono la relazione metabolica tra il corallo ospite e i simbionti, causando lo sbiancamento e, se le temperature estreme sono prolungate nel tempo , la morte dell'olobionte stesso. Le risposte al riscaldamento acuto tra i coralli dipendono in effetti, almeno in parte, da fattori genetici sia nell'ospite corallino che nei suoi simbionti.

Attualmente, alcuni articoli giornalistici semplicistici suggeriscono di utilizzare i coralli del Mar Rosso, che apparentemente possiedono un'eccezionale tolleranza termica, in altre aree geografiche. Una prima soluzione sarebbe in effetti la selezione naturale di coralli in grado di adattarsi allo stress termico, ma la strategia non sarebbe priva di problemi: a parte gli ostacoli logistici e i possibili problemi con i simbionti, questo approccio unidimensionale potrebbe portare alla perdita di individui vulnerabili, riducendo la biodiversità.

Nel loro recente lavoro accademico, 28 ricercatori hanno suggerito come affrontare le misure di adattamento dei coralli in modo più equilibrato: un'agenda di ricerca globale catalizzata da hub multi-istituzionali su larga scala che aumentino la portata sperimentale e la potenza statistica. La collaborazione, che dovrebbe coinvolgere governi e organizzazioni di ricerca, mira a raccogliere dati a lungo termine che coprano le generazioni di coralli.

Nel loro paper pubblicato il 30 marzo, i ricercatori hanno infatti sottolineato che i membri di un olobionte differiscono notevolmente, soprattutto in termini temporali: la durata di vita dei coralli può variare da pochi anni a secoli, mentre i membri del microbioma associato vivono in genere da ore a giorni. Le misure di adattamento dei coralli richiedono che queste complesse unità ecologiche rimangano in equilibrio nel breve, nel medio, ma soprattutto nel lungo termine.

Poiché la variazione della tolleranza termica dell'ospite adulto è un tratto ereditabile, l'adattamento termico può avvenire attraverso la propagazione sessuale o attraverso le traslocazioni: i coralli traslocati possono trasmettere i simbionti tolleranti ai conspecifici vicini. 

Gli scienziati hanno effettivamente rivelato una variazione naturale nella tolleranza termica, una diffusione delle Symbiodinaceae da un ospite traslocato a un ospite locale e una possibile proliferazione di simbionti algali tolleranti durante le ondate di calore. L'interazione tra i coralli è effettivamente la prima soluzione possibile. 

"L'ibridazione interspecifica può generare una prole con un'idoneità pari o superiore a quella delle specie parentali", aggiungono i 28 ricercatori nel documento.

Per quanto riguarda la strategia "tra coralli", la ricerca elenca tre serie di problemi: le stime dei tassi di vitalità sono limitate, le stime della tolleranza termica non sono necessariamente correlate ai tassi di vitalità e mancano le informazioni necessarie per prevedere l'effetto dell'evoluzione assistita.

All'interno dei coralli il condizionamento e l'inoculazione di Symbiodinaceae tolleranti al calore possono migliorare la tolleranza termica. In effetti, la selezione artificiale si applica anche ai coralli e ai loro simbionti. L'inoculazione dell'olobionte con batteri benefici, selezionati artificialmente, è un'altra possibile soluzione.

Tuttavia, il documento spiega che le dinamiche spazio-temporali delle associazioni olobionti sono poco conosciute, che le differenze di dispersione tra i membri dell'olobionte limitano l'efficacia dell'evoluzione assistita e che il contributo dei diversi membri dell'olobionte ai compromessi tra i tratti è poco conosciuto.

"Manca ancora la prova della persistenza di questi effetti in natura nel corso degli anni", spiega il documento.

Una terza serie di azioni riguarda la cellule all'interno dei coralli gli scienziati hanno già identificato i singoli geni associati alla tolleranza termica. L'allevamento selettivo e il miglioramento della tolleranza delle Symbiodinaceae sono altri esempi primari di soluzioni di evoluzione assistita.

"Gli esperimenti di riproduzione selettiva hanno dimostrato che gli incroci tolleranti al calore possono produrre una progenie di prima generazione in grado di sopportare uno stress termico aggiuntivo di 1 grado di riscaldamento settimanale (DHW) rispetto agli incroci meno tolleranti. Maggiori vantaggi potrebbero essere ottenuti con cicli di selezione successivi o puntando su genitori provenienti da ambienti termici più caldi o più variabili", hanno dichiarato i ricercatori nel documento "Accelerating coral assisted evolution to keep pace with climate change".

Anche in questo caso, però, ci sono delle lacune nella conoscenza: la base genetica della tolleranza termica nei coralli rimane irrisolta, le stime della varianza genetica additiva sono rare e poco potenti e mancano stime della covarianza genetica tra i tratti, spiega il documento.

Un riscaldamento di 1,5 °C rispetto ai livelli preindustriali potrebbe causare uno stress termico letale per il 75-90% delle barriere coralline.

"Se il riscaldamento globale è limitato a 2 °C rispetto ai livelli preindustriali, alcune barriere coralline del Pacifico probabilmente sperimenteranno ancora ondate di calore marino superiori a 16 DHW (l'intensità dell'ondata di calore più estrema registrata finora) fino a quattro volte per decennio entro la metà del secolo. Nello scenario più probabile di un riscaldamento di 2,7 °C, queste ondate di calore potrebbero verificarsi ogni 2 anni nella seconda metà del secolo. Con un aumento di 3,6 °C, le ondate di calore marino superiori a 16 DHW si verificherebbero in 9 anni su 10, raggiungendo fino a 50 DHW entro la fine del secolo", hanno scritto i ricercatori. 

Non si conoscono i ritmi precisi con cui le popolazioni di corallo possono adattarsi allo stress termico.

È improbabile che i programmi di conservazione che combinano l'evoluzione assistita con l'adattamento naturale aumentino la tolleranza termica in modo sufficientemente rapido e ampio da compensare l'aumento dello stress termico nella maggior parte degli scenari di cambiamento climatico, si legge nel documento accademico pubblicato su Nature Reviews Biodiversity.

"Se la ricerca e lo sviluppo di metodi di evoluzione assistita vengono accelerati e impiegati su scala, la tolleranza termica potrebbe essere sufficientemente migliorata in una breve finestra di opportunità (tra i 10 e i 20 anni, a seconda dello scenario di cambiamento climatico e dell'ecoregione)".

Le possibili soluzioni ai problemi sistemici richiedono quindi un approccio rapido, internazionale e sistemico. 

I ricercatori sottolineano l'importanza di ampi sforzi di collaborazione incentrati su un gruppo selezionato di specie, senza difendere specie specifiche.

"Proponiamo esperimenti di misurazione dei tassi di vitalità tra membri olobionti della stessa specie di corallo, provenienti da più popolazioni", si legge nel documento, suggerendo che il metodo potrebbe convalidare i test di laboratorio per identificare i coralli tolleranti.

I ricercatori dovrebbero poi, attraverso sforzi coordinati, studiare come i geni manipolati possano influenzare le dinamiche di popolazione degli olobionti, attraverso diversi sensori: satelliti, droni, telecamere e veicoli subacquei autonomi.

I dati verrebbero poi utilizzati per stimare le dimensioni e la portata dell'intervento.

I ricercatori hanno proposto di dare priorità a campioni genetici estesi su diverse varietà per comprendere le specie criptiche e le barriere riproduttive.

I ricercatori hanno anche affermato che la comunità internazionale dovrebbe riunire le risorse per studiare come i simbionti algali tolleranti si disperdono durante la loro fase di vita libera, anche in funzione della genetica dell'ospite. 

I ricercatori hanno sottolineato quattro priorità per la tolleranza termica degli olobionti: utilizzare approcci genetici quantitativi per valutare la velocità di evoluzione della tolleranza termica; sfruttare le interazioni tra genotipo e ambiente per ottimizzare la forma fisica dei coralli; produrre riproduttori geneticamente diversi e potenziati dal punto di vista termico che prosperino in diversi ambienti; sfruttare la previsione genomica per identificare i coralli tolleranti al calore.