Tienen una serie de efectos previamente desconocidos sobre la vida y la química del océano
Al igual que nosotros, los corales respiran oxígeno y comen carbono orgánico. Y al igual que nosotros, como subproducto de la conversión de energía y oxígeno en el cuerpo, los corales producen sustancias de oxígeno reactivo (EOR o ROS por reactive oxygen species), una familia de compuestos químicos que las células producen naturalmente durante la división celular, mientras combaten los patógenos y realizan otras funciones fisiológicas.
Pero hasta ahora se desconocía si los corales sanos de aguas profundas producen un tipo particular de ROS, llamado superóxido (O2•-). El superóxido es un ROS altamente reactivo conocido por influir en la ecología del océano, la fisiología de los organismos e impulsar la química en el océano, incluida la descomposición del carbono y la biodisponibilidad de metales y nutrientes.
Un reciente estudio revela, por primera vez, que los corales y las esponjas de aguas profundas producen superóxido ROS, lo que significa que estos químicos tienen una serie de efectos previamente desconocidos sobre la vida y la química del océano en las profundidades marinas. Los autores demuestran que los ROS no sólo se producen como respuesta al estrés, sino como parte fundamental de su funcionamiento.
En el estudio, los autores tomaron medidas directas de superóxido en el agua que rodea a los corales, colocando un sensor quimioluminiscente de aguas profundas único en su tipo llamado SOLARIS, en el océano a más de 2.000 metros de profundidad, a bordo del sumergible Alvin.
Imagen: El brazo del sumergible Alvin mueve SOLARIS a la superficie de una colonia de Paragorgia arborea. Crédito: Institución Oceanográfica Woods Hole
"Estas son las primeras mediciones de esta sustancia química en las profundidades del mar", dijo Colleen Hansel, científica principal de Química Marina y Geoquímica del Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI) y autora principal del estudio.
Detectar superóxido en el océano es una tarea singularmente desafiante que requirió experiencia colaborativa, desde la química hasta la física y la ingeniería. Como compuesto altamente reactivo, el superóxido solo dura unos segundos en el agua. Los ingenieros de WHOI Jason Kapit, coautor del artículo, y William Pardis, junto con Hansel y el científico asociado Scott Wankel, desarrollaron el sistema SOLARIS como un instrumento controlado robóticamente capaz de aspirar agua directamente en la superficie del coral.
El agua entra en la varilla de detección y se mezcla dentro de una cámara, donde una reacción química con superóxido produce luz que se puede medir en tiempo real. Durante esta expedición, los movimientos de la varita fueron controlados con los brazos mecánicos de Alvin, con Kapit y Hansel como parte del equipo de tres personas sumergiéndose dentro del Alvin.
"Un fantástico aspecto de este proyecto en particular es que combina en WHOI ciencia e ingeniería de una manera única", afirmó Kapit.
Las primeras inmersiones con SOLARIS tuvieron lugar en octubre de 2019 en el Santuario Marino Nacional de la Bahía de Monterey frente a la costa de California, donde encontraron grandes y saludables corales que vivían en un entorno oceánico protegido. Esto ayudó a eliminar la posibilidad de que el superóxido se produjera únicamente como respuesta al estrés.
Según Hansel, los corales que midieron producían superóxido con una enzima, llamada NOX, que convierte el oxígeno en superóxido fuera de las células, lo que significa que probablemente sea una parte fundamental de sus funciones vitales normales, ya sea creciendo o posiblemente produciéndolo para aturdir a sus presas. Los corales de aguas profundas en su estudio no tienen algas simbióticas como los corales poco profundos, que ya se sabe que producen ROS extracelulares y que durante mucho tiempo se ha asumido que se originan a partir de algas simbióticas.
Estos hallazgos descartan las algas como fuente de superóxido y, en cambio, indican que la fuente es el propio animal coralino o sus simbiontes bacterianos. Sin más investigaciones, los autores no pueden descartar por completo que las bacterias puedan estar desempeñando un papel en la producción de ROS, pero creen que es poco probable debido a la presencia de NOX en los corales aquí estudiados.
Imagen: La científica senior de WHOI, Colleen Hansel, dentro de HOV Alvin. Crédito: Institución Oceanográfica Woods Hole)
"Especialmente en la última década, se han realizado numerosos estudios que han comenzado a señalar cómo la producción de ROS extracelulares como el superóxido puede tener facetas beneficiosas para un organismo", dijo Lina Taenzer, estudiante del programa conjunto de Química y Geoquímica Marinas y autora principal del estudio, que se unió al laboratorio de Hansel en WHOI en 2019. También se sumergió en Alvin para medir el superóxido con SOLARIS.
"Es fascinante que los corales puedan regular los ROS para enviar señales a otras células y cambiar su funcionamiento y respuesta al medio ambiente", dijo Taenzer. "También es interesante en términos de tener un mecanismo de defensa celular". Por ejemplo, si un organismo está bajo la invasión de un patógeno, puede producir un fuerte estallido oxidativo. Esto actúa como una especie de guerra química para protegerse. Por otro lado, la sobreproducción de superóxido puede tener efectos perjudiciales en un animal y puede degradar proteínas esenciales en el cuerpo y descomponer el ADN.
La diversidad de especies también era importante. Durante su inmersión en el Alvin, Taenzer midió una variedad de especies por casualidad oportunista, incluidas esponjas y estrellas de mar.
"Había un aspecto de exploración, y el hecho de que estábamos usando un nuevo instrumento que nunca habíamos usado antes lo hizo realmente emocionante y gratificante", dijo Taenzer.
Si bien todavía hay mucho que no sabemos sobre cómo funcionan los corales de aguas profundas y responden a su entorno, este estudio ayuda a arrojar luz sobre los controles fundamentales sobre la salud y la actividad de los corales. Y cuanto más comprendan y compartan los científicos, con mayor precisión podrán proyectar cómo responderán los ecosistemas de coral al calentamiento de los mares y al cambio climático.
"Es difícil modelar cómo responderán los corales a las condiciones cambiantes del océano, si no entendemos cómo funcionan actualmente en condiciones básicas", dijo Hansel. "Necesitamos comprender cómo es un coral sano, cómo es un coral enfermo y cuáles son algunos de los factores que controlan la salud y la fisiología de estos organismos".
El objetivo a largo plazo es utilizar SOLARIS para medir corales, esponjas de aguas profundas y otros organismos productores de ROS en otras regiones del mundo para obtener una imagen más completa de cómo la vida marina influye en la química de los océanos.
"El descubrimiento de estos compuestos altamente reactivos en las profundidades del océano también podría afectar el ciclo del carbonociclo del carbono, el ciclo de los metales y la ecología microbiana, por nombrar algunos. Es un completo desconocido en este momento, pero es emocionante pensar en ello a una escala más amplia", dijo Hansel.
El estudio ha sido publicado en PNAS Nexus: Corals and sponges are hotspots of reactive oxygen species in the deep sea
