Enfoques totalmente nuevos para la protección y restauración de los arrecifes
Los médicos a menudo pueden detectar enfermedades en humanos utilizando métodos mínimamente invasivos, como análisis de sangre u orina, antes de que los síntomas se agraven.
Ahora, investigadores de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) están aplicando un concepto similar a los arrecifes de coral, demostrando que el agua que rodea a los arrecifes contiene señales químicas y microbianas que podrían revelar cambios en la salud del ecosistema mucho antes de que sean visibles esos cambios.
En un nuevo estudio científicos de WHOI combinan química, biología y física oceánica para examinar cómo interactúan las moléculas disueltas, los microorganismos y el movimiento del agua en los arrecifes de coral y una pradera marina cercana en las Islas Vírgenes de los Estados Unidos.
Los resultados demuestran que cada lugar de muestreo tiene su propia huella química y microbiana distintiva, y que las corrientes oceánicas desempeñan un importante papel en la configuración de esos patrones en escalas de tiempo tan cortas como unas pocas horas.
"Los arrecifes de coral son ecosistemas increíblemente dinámicos", dijo Amy Apprill, coautora del estudio en el Departamento de Química Marina y Geoquímica de WHOI y directora inaugural del Centro Schiller de Soluciones para Arrecifes de WHOI.
"Cuando analizamos los datos por primera vez, algunos de los patrones no tenían sentido. Incorporar la física oceánica al estudio ayudó a explicar cómo el movimiento del agua influía en la química y los microbios de cada arrecife. Este enfoque interdisciplinario nos proporciona una visión mucho más completa de la salud de los arrecifes".
Durante cuatro días, los investigadores recolectaron muestras de agua de mar de dos arrecifes de coral vecinos y de una pradera marina cercana, tomando muestras al amanecer y al mediodía. Midieron los compuestos disueltos conocidos como metabolitos, o pequeñas moléculas producidas y consumidas por los organismos marinos, junto con las comunidades microbianas.
Combinaron esos datos con un modelo informático de alta resolución que rastreaba por dónde había viajado el agua antes de llegar a cada lugar y cómo y cuándo se desplazaba entre los lugares.
Vídeo: Cynthia Becker, graduada del programa conjunto MIT-WHOI y coautora del estudio, toma muestras del agua de mar del arrecife de coral utilizando una botella Niskin para facilitar el análisis no invasivo de los microbios y metabolitos del agua del arrecife. Crédito: Amy Apprill, Institución Oceanográfica Woods Hole.
Sitios cercanos, firmas diferentes
Aunque los sitios estaban separados por menos de un cuarto de milla (menos de 0,4 kilómetros), se comportaron de manera muy diferente. La pradera marina protegida mantuvo condiciones de agua relativamente estables y acumuló un conjunto único de compuestos disueltos, mientras que un arrecife experimentó una afluencia diaria de agua de mar que transformó tanto su composición química como su comunidad microbiana.
"Si no se comprende la física de cómo se mueve el agua a través de un ecosistema costero, uno se pierde una parte fundamental de la historia", afirmó Elizabeth Kujawinski, científica sénior de WHOI y coautora del estudio. "La química y los microbios en el agua de mar proporcionan una instantánea de todo lo que sucede dentro del arrecife. Al combinar esas mediciones con la circulación oceánica generada por computadora, estamos comenzando a comprender los procesos ocultos que impulsan la salud del ecosistema".
El estudio utiliza un método de marcaje químico desarrollado en WHOI que permite a los investigadores cuantificar la composición de pequeñas moléculas biológicamente disponibles liberadas por microorganismos marinos. Originalmente utilizada para comprender mejor la química oceánica, esta técnica ayuda ahora a los investigadores a identificar posibles indicadores del estado de los arrecifes y los cambios en el ecosistema.
Imagen: Mapa de St. John, Islas Vírgenes de los Estados Unidos, que muestra (A) el Parque Nacional de las Islas Vírgenes (límite continuo) y los arrecifes de coral circundantes. Se indican los puntos de muestreo para dos hábitats de arrecifes de coral, el arrecife Yawzi y el arrecife de tectitas, y una pradera de pastos marinos. Se muestra el límite de la región más amplia de la bahía de Lameshur (límite discontinuo).
Tomando prestadas herramientas de la medicina
La autora principal del estudio, Brianna Garcia, investigadora postdoctoral del Departamento de Química Marina y Geoquímica de WHOI, afirma que el proyecto ilustra el valor de aportar conocimientos especializados ajenos a la ciencia tradicional de los arrecifes de coral para abordar cuestiones medioambientales complejas.
García se unió a WHOI con experiencia en química analítica y salud humana, donde los investigadores utilizan marcadores químicos en sangre y otras muestras para diagnosticar enfermedades. Vio la oportunidad de aplicar enfoques similares a los ecosistemas marinos.
"En medicina humana, utilizamos pruebas mínimamente invasivas para detectar señales de alerta temprana de enfermedades", dijo García. "Estamos empezando a considerar el agua de los arrecifes de una manera muy similar. En lugar de esperar a que los corales muestren signos evidentes de estrés, podemos buscar sutiles cambios químicos y microbianos en el agua circundante que puedan indicar que algo está cambiando. Es un fascinante ejemplo de cómo las ideas provenientes de la investigación en salud humana pueden ayudarnos a comprender mejor, y eventualmente proteger, los ecosistemas oceánicos".
Estableciendo una base de referencia para los cambios en los arrecifes
Se necesita más investigación antes de que estas mediciones puedan convertirse en herramientas de monitoreo rutinarias, pero la consistencia de los patrones químicos y microbianos observados durante varios días sugiere que podrían proporcionar una base de referencia confiable para detectar futuras perturbaciones, como brotes de enfermedades, contaminación o estrés térmico.
El estudio pone de manifiesto el enfoque de investigación interdisciplinario que el recién inaugurado Centro Schiller de la WHOI para Soluciones a los Arrecifes aportará a los ecosistemas de arrecifes de coral amenazados. Al combinar conocimientos especializados en química analítica y física oceánica, los investigadores pudieron desarrollar una visión más completa de la salud de los arrecifes que la que podría proporcionar cualquier campo por sí solo.
"Los arrecifes de coral saludables son esenciales tanto para la vida marina como para las personas que dependen de ellos", dijo Apprill. "Para afrontar los retos a los que se enfrentan, se requiere un pensamiento audaz e interdisciplinario. El Centro Schiller crea oportunidades para que científicos e ingenieros realicen investigaciones de alto riesgo y gran potencial que pueden conducir a enfoques totalmente nuevos para la protección y restauración de los arrecifes".
El estudio se ha publicado en The ISME Journal: Spatiotemporal and hydrodynamic influences on microbial and exometabolite dynamics in coral reef and seagrass ecosystems
