El futuro de los corales y lo que nos pueden decir los rayos X

Este verano, estuvo en todos los medios. Impulsados ​​por la crisis climática, los océanos también han superado un punto crítico: la absorción de CO₂ está haciendo que los océanos sean cada vez más ácidos.

Las conchas de algunos caracoles marinos ya muestran los primeros signos de daño. Pero también las estructuras esqueléticas de los arrecifes de coral se están deteriorando en condiciones más ácidas. Esto es especialmente preocupante dado que los corales ya están sufriendo olas de calor marinas y la contaminación, que están provocando el blanqueamiento y finalmente la muerte de arrecifes enteros en todo el mundo. Pero, ¿cómo afecta exactamente la acidificación de los océanos a las estructuras de los arrecifes?

Prof. Dr. Tali Mass, un biólogo marino de la Universidad de Haifa, Israel, es un experto en corales pétreos. Junto con el Prof. Dr. Paul Zaslansky, experto en imágenes de rayos X de Charité Berlin, investigó en BESSY II la formación del esqueleto en corales bebescriado en diferentes condiciones de pH.

La investigación es publicado en el diario Ciencia avanzada.

Antonia Rötger habló online con los dos expertos sobre los resultados de su reciente estudio y el futuro de los arrecifes de coral.

¿Qué tipos de corales examinaste?

Masa: Se trata de larvas de coral de colonias del coral pétreo Stylophora pistillata del Mar Rojo. Los recolectamos nosotros mismos durante las noches de desove de abril de 2020 a unos pocos metros de profundidad. Provienen del arrecife junto al Instituto Interuniversitario de Ciencias Marinas en el Golfo de Eilat, Israel.

Permitimos que estas larvas crecieran en nuestro sistema de acuarios simuladores ambientales durante varias semanas y las expusimos a diferentes condiciones de pH. Algunos tanques contenían agua de mar normal, mientras que otros replicaban condiciones que simulaban la acidez prevista a finales de este siglo, suponiendo que no se tomaran medidas de protección climática en todo el mundo.

Este escenario, conocido como RCP8.5, está asociado con una acidificación significativa y un aumento de la temperatura global de cuatro grados o más, lo que se espera que cause una perturbación global importante. En este contexto, los corales nos están abriendo una ventana a un futuro potencial y sombrío.

¿Cómo crece una estructura esquelética tan compleja?

Masa: Cada animal coralino individual crea la estructura segregando carbonato de calcio mineral. La supervivencia de los corales depende de la formación de un esqueleto robusto durante estas primeras etapas de la vida, que persiste hasta la edad adulta.

Zaslansky: El esqueleto consta de dos componentes diferentes: centros de calcificación, conocidos como RAD, y estructuras similares a fibras, conocidas como TD. Los RAD están formados por carbonato de calcio granular, mientras que los TD consisten en cristales alargados y densamente empaquetados, principalmente aragonita. Curiosamente, y a pesar de los grandes avances, gran parte del proceso de crecimiento del esqueleto aún no está claro. Por ejemplo, se supone ampliamente que los RAD se formaron primero y luego los TD se unieron y crecieron hacia afuera.

¿Por qué son importantes estos detalles?

Masa: El conocimiento detallado de la calcificación de los corales es importante para una comprensión básica sobre la biomineralización de los corales, pero también para predecir el futuro y encontrar formas de intervenir. Con conocimientos científicamente rigurosos, podríamos idear estrategias de protección que luego también podríamos probar en el campo. Al mismo tiempo, es simplemente fascinante explorar cómo surgen en la naturaleza arquitecturas esqueléticas complejas tan extendidas y evolutivamente importantes. Esto podría incluso servir de inspiración para el desarrollo de nuevos materiales.

¿Cómo podrías examinar la formación de los esqueletos?

Zaslansky: En BAMline en BESSY II, encontramos una manera de visualizar directamente, en tres dimensiones, dónde y cuándo se formaron las fases minerales del coral. Con imágenes tomográficas de absorción y contraste mejorado y un análisis cuidadoso de grandes datos asistido por IA, cuantificamos las muestras con gran detalle.

Los resultados fueron bastante inesperados. Para asegurarnos de que fueran reales, validamos nuestros hallazgos combinando varios métodos: μCT de rayos X sincrotrón de alta resolución, escaneo microscopía electrónica (SEM), difracción de rayos X (XRD) y mapeo de fluorescencia de rayos X (XRF). Esto nos permitió distinguir diferentes fases minerales para descifrar su composición y comprender su dinámica de crecimiento tridimensional. También utilizamos simulaciones de Monte Carlo para interpretar los resultados correctamente.

¿Qué descubriste?

Zaslansky: De hecho, ahora podemos describir mejor, de manera cuantitativa, la estructura del esqueleto, incluida la composición mineral de los TD y RAD. Nuestros datos muestran que los RAD y los TD se forman simultáneamente, no secuencialmente como se suponía. Esto arroja luz sobre cómo los corales se adaptan al entorno en el que crecen. Observamos diferencias significativas en los patrones de crecimiento en condiciones oceánicas normales y acidificadas.

En condiciones de acidificación severa, lo que significa un pH de 7,6, los RAD quedan subdesarrollados, lo que reduce la estabilidad del esqueleto. Al mismo tiempo, observamos que tanto los TD como los RAD tienen una mayor densidad en condiciones condiciones ácidas que en condiciones normales. Esto sugiere que los animales coralinos pueden estar adaptando los cristales que producen. Esto es fascinante.

¿Qué esperas para el futuro? ¿Seguirán existiendo los arrecifes de coral?

Masa: Nuestros resultados muestran que los efectos de la acidificación de los océanos en la formación del esqueleto de coral son más complejos de lo que se pensaba anteriormente. Es muy cuestionable si esto será suficiente para garantizar su supervivencia. Hasta ahora, los corales del Mar Rojo han sido impresionantemente resistentes a las olas de calor, pero esto podría cambiar si continúan el calentamiento global y la acidificación. Podemos ver claramente que un pH más bajo conduce a una menor estabilidad, lo que sin duda es un factor de estrés adicional. Necesitamos urgentemente medidas efectivas de protección del clima para prevenir los peores escenarios.