Los drones submarinos abren nuevas puertas para la investigación global de los arrecifes de coral
En el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), científicos de la Unidad de Genómica Marina, en colaboración con la empresa de telecomunicaciones japonesa NTT Communications, han identificado por primera vez los géneros de corales mesofóticos utilizando eDNA recopilado por drones submarinos.
Ahora, con la ayuda de robots sumergibles, se puede realizar un seguimiento del ADNe a gran escala de los corales sin depender de observaciones directas durante el buceo científico o el snorkeling.
Los ecosistemas de coral mesofóticos ("de luz media") son hábitats tropicales o subtropicales dependientes de la luz que se encuentran a profundidades de 30 a 150 metros. Son únicos porque albergan más especies nativas en comparación con los ecosistemas de coral de aguas poco profundas. A pesar de esto, están en gran medida inexplorados y se necesita más investigación para comprender su biología básica.
Los investigadores que estudian los corales acceden a estos invertebrados constructores de arrecifes haciendo snorkel y buceo, pero estos métodos tienen limitaciones, especialmente cuando se identifican corales a mayor profundidad. Utilizando el material genético que los organismos vierten de sus cuerpos a su entorno (ADN ambiental o ADNe), los científicos pueden identificar tipos de corales y otros organismos que viven en un hábitat particular, lo que proporciona una poderosa herramienta para la evaluación de la biodiversidad.
Estudiar el ADNe de los corales ofrece ventajas únicas. En primer lugar, a diferencia de los peces, los corales son estacionarios, lo que elimina las incertidumbres sobre su ubicación. En segundo lugar, secretan constantemente moco al mar, lo que proporciona una gran cantidad de ADN ambiental de coral para tomar muestras. Para este estudio, los investigadores analizaron el ADN mitocondrial, que es más abundante y de mayor calidad en comparación con el ADN nuclear, mejorando la precisión de sus hallazgos.
Vídeo: Cuando el dron submarino expulsa burbujas, indica que se ha recolectado con éxito una muestra de agua de mar.
Monitoreo más rápido y sencillo de los arrecifes de coral
Los ecosistemas de coral mesofóticos (ECM) tienen en Japón una de las mayores diversidades de corales pétreos (Scleractinia) del mundo, lo que los hace particularmente importantes para los investigadores, pero difíciles de monitorear porque a menudo se encuentran a profundidades más profundas. Además, para monitorear con precisión los corales, los científicos requieren habilidades tanto de buceo como de taxonomía, lo que puede ser un desafío. Por lo tanto, los métodos existentes para monitorear las ECM imponen limitaciones a la hora de realizar encuestas exhaustivas, y se necesitan nuevos métodos.
En octubre de 2022, Shinichiro Nagahama de NTT Communications se acercó al profesor Noriyuki Satoh, líder de la Unidad de Genómica Marina, quien había leído sobre su investigación sobre métodos de ADNe de coral. Nagahama sugirió utilizar sus drones submarinos para recolectar muestras de arrecifes de coral más profundos para el análisis de ADNe. Luego, el profesor Satoh propuso la idea de utilizar dronesutilizar dronesutilizar drones para realizar estudios extensos de corales mesofóticos a mayores profundidades.
El Parque Nacional Kerama en Japón, a unos 30 km al oeste de la isla de Okinawa, cuenta con algunas de las aguas más transparentes del archipiélago de Okinawa. A menudo denominadas azul de Kerama, estas aguas brindaron una excelente oportunidad para que los investigadores probaran esta nueva técnica de muestreo. Recolectaron muestras de agua de mar, cada una de 0,5 litros, de 1 a 2 metros por encima de los arrecifes de coral (entre 20 y 80 metros de profundidad).
Imagen: Mapa que muestra los sitios de muestreo de agua de mar en seis lugares de monitoreo alrededor de la isla Zamami. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
Los sitios de muestreo se eligieron en 24 ubicaciones dentro de seis áreas diferentes alrededor de la pintoresca isla Zamami. El siguiente paso implicó someter estas muestras a análisis de metabarcodes de coral, que utilizan marcadores genéticos específicos de Scleractinian para identificar los diferentes géneros de corales presentes en cada muestra.
A partir de los resultados del análisis de ADNe, los investigadores identificaron con éxito corales a nivel de género. La presencia y ausencia de ciertos géneros de corales pétreos mostrados mediante este método indicó que los arrecifes alrededor de las islas Kerama exhibían diferentes composiciones de corales pétreos dependiendo de la ubicación y la profundidad. Por ejemplo, el género Acropora tuvo las proporciones más altas en 11 sitios, lo que indica que estos corales son comunes en los arrecifes de la isla Zamami.
Los investigadores también encontraron que la proporción de ADNe de Acropora era mayor en los arrecifes poco profundos y en las crestas superiores de las laderas, mientras que la proporción del género Porites aumentaba en los sitios mesofóticos. En cuanto a la profundidad, Acropora se detectó fácilmente en arrecifes poco profundos (≤15 metros), mientras que otros géneros se encontraron con mayor frecuencia en arrecifes más profundos (>20 metros).
Para estudiar los corales utilizando métodos de metabarcodificación de ADNe, se necesita una secuenciación adicional de los genomas mitocondriales de los corales pétreos, y este estudio sugiere que puede ser posible monitorear de manera más eficiente los corales mesofóticos a nivel genérico utilizando el ADNe recolectado por drones submarinos.
Imagen: Gráfico de barras que muestra la distribución y proporciones aproximadas de corales escleractinios en cada sitio de monitoreo en las islas Kerama. Los nombres de los géneros de corales escleractinianos se muestran en diferentes colores en la parte inferior. Los números del 1 al 24 indican sitios de muestreo de ADNe con profundidades aproximadas en metros. SF se refiere al agua de mar superficial. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
Innovación colaborativa por delante
NTT Communications ha desarrollado una nueva versión del dron original utilizado para este estudio. En respuesta a una solicitud del Prof. Satoh, se añadió un muestreador adicional para que se puedan recolectar dos muestras durante una sola inmersión. Además, la longitud del cable entre el controlador y el dron se amplió de 150 metros a 300 metros y la batería ahora se puede cambiar, por lo que los investigadores pueden continuar su trabajo de investigación durante un día entero.
El profesor Satoh está trabajando ahora con dos especialistas en corales mesofóticos de la Universidad de Ryukyus, el Dr. Frederick Singer y el Dr. Saki Harii, para seguir probando este método en sitios de estudio cerca de la isla Sesoko, utilizando drones nuevos y mejorados. Espera revolucionar la forma en que se realizan los estudios de corales. Actualmente, los estudios se limitan a lugares muy restringidos, pero con la ayuda de estos avanzados drones submarinos, los científicos pueden ampliar su investigación desde las regiones más superficiales hasta profundidades de 60 metros y más.
"Mi estudio ideal incluiría todo el espectro del arrecife de coral, desde las aguas poco profundas hasta las zonas mesofóticas e incluso las profundidades arenosas. Estas máquinas proporcionan un método excelente para realizar estudios más amplios de monitoreo de ADNe", dijo.
La investigación ha sido publicada en la revista Royal Society Open Science: Possible monitoring of mesophotic scleractinian corals using an underwater mini-ROV to sample coral eDNA
