Cómo se ven afectadas sus capacidades adhesivas por los diferentes niveles de salinidad del agua
Cuando conduces a través de una tormenta de lluvia, la tracción es clave. Si tus llantas carecen de la banda de rodadura suficiente, tu vehículo patinará y se deslizará, y no tendrá el agarre necesario para maniobrar con seguridad. Cuando las lluvias torrenciales golpean los ecosistemas de aguas poco profundas cerca de la costa, los erizos de mar experimentan un desafío similar.
Las fuertes precipitaciones pueden alterar la concentración de sal en las aguas del océano, provocando niveles más bajos de salinidad. Incluso un ligero cambio en la salinidad puede afectar la capacidad de los erizos de mar para sujetar de forma segura sus patas tubulares a su entorno, como llantas que se agarran a la carretera.
Esto se convierte en una cuestión de vida o muerte para las pequeñas criaturas espinosas, ya que dependen de sus estructuras adhesivas para moverse en la zona rocosa azotada por las olas cerca de la orilla del mar.
Los biólogos de la Universidad de Syracuse han sido coautores de un estudio que explora cómo se ven afectadas las capacidades adhesivas de los erizos de mar por los diferentes niveles de salinidad del agua.
La supervivencia de los erizos de mar es vital para mantener el equilibrio dentro de los ecosistemas marinos. Los erizos de mar son responsables de pastar alrededor del 45% de las algas en los arrecifes de coral. Sin erizos de mar, los arrecifes de coral pueden quedar cubiertos de macroalgas, lo que puede limitar el crecimiento de los corales. Dada la importancia de los arrecifes de coral para la protección costera y la preservación de la biodiversidad, es fundamental salvaguardar la población de erizos de mar.
A medida que el cambio climático global provoca fenómenos meteorológicos extremos que van desde olas de calor y sequías hasta fuertes lluvias e inundaciones, las grandes cantidades de agua dulce que se vierten en los ecosistemas costeros están alterando los hábitats.
Un equipo de biólogos, dirigido por Austin Garner, profesor asistente en el Departamento de Biología de la Facultad de Artes y Ciencias, estudió los impactos de la baja salinidad y cómo altera la capacidad de los erizos de mar para agarrarse y moverse dentro de su hábitat. Garner, miembro del Instituto BioInspirado de la Universidad de Syracuse, estudia cómo se adhieren los animales a las superficies en entornos variables desde la perspectiva de las ciencias físicas y de la vida.
Imagen derecha: Austin Garner, profesor de biología de la Universidad de Syracuse, sostiene un erizo de mar. Crédito: Universidad de Syracuse
El estudio del equipo buscó comprender cómo se verán afectadas las poblaciones de erizos de mar por futuros eventos climáticos extremos.
"Mientras que muchos animales marinos pueden regular la cantidad de agua y sales en sus cuerpos, los erizos de mar no son tan efectivos en esto", dice Garner. "Como resultado, tienden a estar restringidos a un estrecho rango de niveles de salinidad. Las precipitaciones torrenciales pueden hacer que se viertan cantidades masivas de agua dulce en el océano a lo largo de la costa, lo que provoca una rápida reducción de la concentración de sal en el agua de mar".
La investigación del grupo se llevó a cabo en los Laboratorios Friday Harbor (FHL) de la Universidad de Washington. El autor principal del estudio, Andrew Moura, estudiante de posgrado en el laboratorio de Garner en Syracuse, viajó a FHL junto con Garner e investigadores de la Universidad de Villanova para realizar experimentos con erizos de mar verdes vivos. Trabajaron junto con la ex becaria postdoctoral de FHL Carla Narvaez, quien ahora es profesora asistente de biología en Rhode Island College, y los profesores de la Universidad de Villanova Alyssa Stark y Michael Russell.
Imagen: El estudiante de posgrado de la Universidad de Syracuse, Andrew Moura (derecha), y el exestudiante de pregrado de la Universidad de Villanova, Jack Cucchiara, verifican los niveles de salinidad entre los 10 grupos diferentes de erizos de mar en Friday Harbor Laboratories. Crédito: Universidad de Syracuse, Universidad de Washington
En FHL, los investigadores separaron los erizos de mar en 10 grupos según los diferentes niveles de salinidad dentro de cada tanque, desde contenido de sal normal a muy bajo. Entre cada grupo, probaron métricas que incluían la respuesta de enderezamiento (la capacidad de los erizos de mar para darse la vuelta), la locomoción (velocidad de un punto a otro) y la adhesión (fuerza con la que sus pies ambulacrales se separan de una superficie). En el laboratorio de Garner en Syracuse, Moura y él completaron el análisis de datos para comparar cada métrica.
El equipo descubrió que la respuesta de enderezamiento, el movimiento y la capacidad adhesiva de los erizos de mar se vieron afectados negativamente por las condiciones de baja salinidad. Curiosamente, sin embargo, la capacidad adhesiva de los erizos de mar no se vio gravemente afectada hasta niveles muy bajos de salinidad, lo que indica que los erizos de mar pueden permanecer adheridos en condiciones ambientales desafiantes cerca de la costa, aunque pueden no ser posibles las actividades que requieren una mayor coordinación de los pies ambulacrales (adrizamiento y movimiento).
"Cuando vemos esta disminución en el rendimiento bajo salinidad muy baja, podríamos comenzar a ver cambios en el lugar donde podrían vivir los erizos de mar como consecuencia de su incapacidad para permanecer sujetos en ciertas áreas que experimentan baja salinidad", explica Moura. "Eso podría cambiar la cantidad de pastoreo de erizos de mar y podría tener profundos efectos en el ecosistema".
Su trabajo proporciona datos críticos que mejoran la capacidad de los investigadores para predecir cómo les irá a importantes animales como los erizos de mar en un mundo cambiante. Los principios de adhesión que Garner y su equipo están explorando también si podrían ser útiles para los materiales adhesivos diseñados por humanos, un trabajo que se alinea con la misión del Instituto BioInspirado de la Universidad de Syracuse de abordar los desafíos globales a través de una innovadora investigación.
"Si podemos aprender los principios fundamentales y los mecanismos moleculares que permiten que los erizos de mar segreguen un adhesivo permanente y lo usen para una unión temporal, podríamos aprovechar ese poder en los desafíos de diseño de nuestros adhesivos", dice Garner.
"Imagine poder tener un adhesivo que de otro modo es permanente, pero luego agrega otro componente, se descompone y puede volver a pegarlo en otro lugar. Es un ejemplo perfecto de cómo se puede utilizar la biología para mejorar los productos cotidianos que nos rodean".
El trabajo se publica en el Journal of Experimental Biology: Hyposalinity reduces coordination and adhesion of sea urchin tube feet
