Investigadores de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) concibieron y probaron con éxito un dispositivo portátil, DISCO, que realizó las primeras mediciones in situ de un tipo de oxígeno altamente reactivo, conocido como superóxido, que puede desempeñar un papel integral en la salud de los arrecifes de coral. Sus hallazgos fueron publicados como un artículo de vista previa el 29 de octubre en la revista de Ciencia y Tecnología Ambiental .

El superóxido es un químico reactivo que es un subproducto dentro de todos los organismos que respiran y fotosintetizan. Esta forma inestable de oxígeno, o especies reactivas de oxígeno (ROS), es propenso a robar o ceder electrones. Como consecuencia, Se sabe que el superóxido cataliza reacciones químicas que pueden provocar cáncer y otras enfermedades, una de las muchas razones por las que las dietas actuales hacen hincapié en la incorporación de alimentos ricos en antioxidantes. como los arándanos, nueces o chocolate amargo. Sin embargo, en muchos organismos, incluidos los corales, la naturaleza del superóxido puede ser más complicada.

"Solía ​​ser que [el superóxido] solo se consideraba tóxico, "dice la química marina de WHOI, Colleen Hansel, coautor del estudio. "Pero ahora sabemos que se usa para muchos procesos beneficiosos. En los hongos, plantas e incluso animales, el superóxido es importante para la respuesta inmunitaria de un organismo [por ejemplo]. Esa [lógica] todavía no se ha transferido realmente a la vida marina ".

Hansel y su equipo investigaron la interacción de la sustancia química con microorganismos simbióticos que habitan los arrecifes de coral. La evidencia preliminar sugiere que si bien los corales pueden no ser inmunes a los efectos tóxicos del superóxido cuando alcanza altas concentraciones dentro de sus células, también pueden estar empleando la sustancia química fuera de sus células por razones beneficiosas, como una defensa contra las infecciones marinas, algunas de las cuales pueden ser estimuladas por temperaturas oceánicas más cálidas.

"El superóxido de los organismos se refleja como una especie de efecto Ricitos de oro, "dice Kalina Grabb, autor principal del estudio y estudiante del Programa Conjunto WHOI-MIT en el laboratorio de Hansel. "No quieres demasiado porque puede provocar estrés oxidativo, pero no quiere muy poco porque es esencial para las funciones fisiológicas ".

Hasta hace poco, la naturaleza efímera del superóxido ha hecho que sea increíblemente difícil de tomar muestras en el medio marino:la sustancia química solo dura unos minutos en el agua de mar. Esto tradicionalmente no dejaba tiempo para transferir muestras de agua a un laboratorio para un análisis adecuado. Al mismo tiempo, otros sistemas embarcados eran engorrosos de operar y solo podían usarse en entornos muy selectos.

Para superar estas limitaciones, El ingeniero de WHOI Jason Kapit y el científico de WHOI Scott Wankel trabajaron en estrecha colaboración con Hansel y su laboratorio para desarrollar el primer sensor quimioluminiscente sumergible portátil operado por DIver. o DISCO. Con eso, pudieron tomar muestras de concentraciones de superóxido en tiempo real durante un viaje de investigación de 2017 al prístino sistema de arrecifes de Cuba, Jardines de la Reina.

El dispositivo de mano cuadrado consta de una batería sellada con agua y una pantalla de tableta que los buceadores pueden operar en profundidad. Dentro, Las bombas fluídicas absorben el químico invisible como lo producen los corales. DISCO luego agrega una sustancia química a la mezcla que reacciona con el superóxido para crear una luz medible, leído por un sensor a bordo. Armados con estas herramientas, DISCO detectó diferencias notables en los niveles de superóxido entre especies de corales en su primera prueba de campo.

"Ahora, queremos poder llegar al por qué, "agrega Hansel." ¿Por qué están produciendo superóxido a propósito y esto ayuda al coral o está relacionado con el estrés de alguna manera? "

Desde su concepción, DISCO ha sido rediseñado para ser aún más portátil y liviano. En 2018, Obsequiar, Wankel y Kapit colaboraron en otra iteración del dispositivo, esta vez con aproximadamente la mitad del tamaño y el peso de su predecesor. El equipo también ha adaptado DISCO a una versión de aguas profundas conocida como SOLARIS para acompañar al sumergible ocupado por humanos de WHOI, ALVIN. En octubre de 2019, pudieron usar SOLARIS para detectar superóxido producido por corales en 1, 300 metros de profundidad (~ 4, 200 pies) a lo largo del monte submarino Davison frente a la costa del centro de California.

"Ya estamos hablando de lo que podemos hacer a continuación con esta tecnología, ", dice Hansel." ¿Cómo podemos construir nuevos sensores que incorporen otras especies reactivas de oxígeno para comprender completamente su papel en la salud de los organismos y la química de los océanos? No veo un final a la vista ".