Los corales adultos liberan larvas que nadan libremente como un medio para propagar la próxima generación. Aquí hay dos larvas de Pocillopora damicornis, las especies de coral que Rivest y sus colegas utilizaron en sus experimentos. Las 'cintas' marrones son los simbiontes de algas, que entran en las larvas antes de que se liberen de los corales adultos. Crédito:© E. Rivest / VIMS.
Un nuevo estudio da un giro sorprendente, incluso se podría decir una doble espiral, en nuestra comprensión de cómo reaccionan los arrecifes de coral al calentamiento y acidificación de los océanos. También ofrece la posibilidad de un sistema de alerta temprana para los eventos de blanqueamiento inducidos por el calor que están dañando cada vez más los arrecifes de coral en todo el mundo.
Los eventos de blanqueamiento de corales, cuando el estrés interrumpe la asociación que beneficia tanto a los corales como a las algas que normalmente viven dentro de sus tejidos, ocurren casi cinco veces más frecuentemente ahora que hace apenas cuatro décadas. Estos eventos han devastado grandes franjas de hábitats de arrecifes de coral que de otro modo serían vibrantes, así como la pesca y el turismo que alimentan, amenazando así los $ 375 mil millones que los científicos estiman que los arrecifes saludables agregan a la economía global cada año.
En el estudio actual, Emily Rivest del Instituto de Ciencias Marinas de Virginia de William &Mary y sus colegas utilizaron una técnica genómica de vanguardia para probar si el calentamiento y la acidificación de los océanos podrían afectar al huésped de coral de manera diferente a su compañero de algas. El estudio, publicado en el último número de Fronteras en las ciencias marinas , fue coautor de Morgan Kelly de la Universidad Estatal de Louisiana, Melissa DeBiasse de la Universidad de Florida, y Gretchen Hofmann de la Universidad de California, Santa Bárbara.
El equipo de investigación procedió a exponer un grupo de larvas de coral y sus simbiontes de algas a aguas de acuario calentadas y acidificadas a las condiciones proyectadas para el año 2100. mientras se mantiene un grupo de control en las condiciones actuales de temperatura y pH. Luego compararon cómo las células de coral y algas de estos grupos experimentales y de control diferían en términos de expresión génica.
La expresión génica se refiere al proceso por el cual una célula lee su código genético copiando fragmentos seleccionados de ADN dentro de su núcleo y usando estas "transcripciones" para producir proteínas para el crecimiento y mantenimiento celular. En el sentido mas amplio, La expresión genética es la razón por la que su hígado no desarrolla globos oculares o viceversa. Pero para cada tipo de célula, ya sea hígado, corneal coral, o algas:la expresión diferencial de los genes de un organismo también determina aspectos más sutiles de la estructura y función celular, como la tasa de metabolismo o la producción de enzimas.
Es importante destacar que para el estudio actual, los cambios en la expresión genética también se correlacionan con el estrés. Por lo tanto, los investigadores utilizaron estos cambios para medir qué células, coral o algas, son las más afectadas por el agua demasiado caliente o la acidez corrosiva.
Los corales sanos son una asociación entre animales de coral y simbiontes de algas que viven dentro de sus tejidos. Crédito:© E. Rivest / VIMS.
Para sorpresa de los investigadores, encontraron que el estrés altera la expresión génica de manera más notable en las algas. Dice Rivest, "Vimos más diferencias en la expresión genética en el simbionte que en el coral, que fue realmente interesante, porque creo que la gente asume que el coral, ya que es el animal y es más grande, sería el que tiene el control y es más probable que cambie ". Los investigadores descubrieron que 89 genes se expresaban diferencialmente en las células de las algas, mientras que solo 17 se expresaron diferencialmente en el coral.
Un avance técnico
Los estudios anteriores sobre el blanqueamiento de los corales se han visto obstaculizados por las dificultades técnicas de saber si los fragmentos genéticos utilizados para medir los cambios en la expresión genética eran del animal coralino o de su simbionte de algas. El equipo de Rivest superó este desafío comparando sus fragmentos observados con los de las bibliotecas genéticas desarrolladas recientemente para cada grupo de organismos.
"Podemos usar estos nuevos recursos bioinformáticos para decir 'OK, encuentra el partido, '", dice Rivest." Eso es realmente emocionante, especialmente para los corales, que son animales difíciles de trabajar en términos de generación de datos de secuencia. Hasta hace poco, simplemente no teníamos bibliotecas genéticas lo suficientemente buenas para hacer este tipo de trabajo de manera eficiente ".
Los estudios anteriores también se han centrado principalmente en los corales adultos. Al observar las larvas y sus algas asociadas, El equipo de Rivest ayudó a iluminar una etapa importante y vulnerable en el ciclo de vida de un coral.
"Nuestros resultados, "dice Rivest, "muestran que las algas juegan un papel más importante de lo que pensábamos anteriormente, incluso durante esta etapa muy temprana y crítica de la historia de la vida. Si no tiene éxito en la etapa larvaria, no tendrá nuevos corales adultos en el arrecife. términos de los arrecifes que persisten en el futuro, el éxito de esta primera etapa es clave ".
El equipo de investigación mantuvo las larvas de coral en recipientes de plástico flotantes durante sus experimentos. El tanque inferior contiene protuberancias de coral utilizadas en un tratamiento experimental diferente. Crédito:© Emily Rivest / VIMS.
¿Una alerta temprana?
El descubrimiento sorpresa del equipo tiene implicaciones importantes para la comprensión, vigilancia, y proteger los arrecifes de coral amenazados por el blanqueamiento.
"Cuando buscamos blanqueamiento, a menudo medimos el color del coral, que refleja la cantidad de simbiontes que hay, "dice Rivest. Los simbiontes de algas contienen pigmentos fotosintéticos que dan su color a los tejidos de coral, que de otro modo serían casi transparentes. Cuando los corales están estresados y pierden sus algas, lo que se hace visible es su subyacente, esqueleto típicamente blanquecino, dándoles un aspecto decolorado.
"Pero, "dice Rivest, "nuestro estudio sugiere que incluso si no tienes un coral blanqueado, la relación entre el simbionte y el coral puede ser realmente diferente. Por lo tanto, es importante ir más allá de la cantidad de simbiontes que hay; realmente necesitamos comprender cómo está cambiando esta relación, y mucho antes de que se vayan los simbiontes ".
"Si pudiéramos anticipar cuándo ocurrirá el blanqueamiento, " ella dice, "tal vez podríamos intentar rescatar estos arrecifes, darles sombra, trasplante corales seleccionados, lo que sea que funcione para evitar que ocurran estos eventos masivos. Entonces, necesitamos saber cuáles son las señales de advertencia. Si pudiera identificar una firma de expresión genética en particular, o una actividad elevada o una proteína en particular, entonces sabría qué medir y buscar de manera eficiente ".
Rivest reconoce que la única forma verdaderamente realista de reducir el blanqueamiento de los corales es limitar las actividades humanas que conducen al calentamiento de los océanos. Pero cree que un sistema de alerta temprana también podría desempeñar un papel en la respuesta de la sociedad.
"La mejor solución para el blanqueamiento de los corales es abordar la tendencia al calentamiento global del océano, ", dice." Un sistema de alerta temprana no puede evitar que sucedan estos eventos, pero podría ayudarnos a mitigar las pérdidas y ayudar a que los arrecifes de coral persistan de una forma u otra en el futuro ".
