Una imagen microscópica de alta potencia del esqueleto de Turbinaria peltata muestra un patrón de unión de iones (en azul) y unión de nanopartículas (en verde) de nuevos minerales al esqueleto, lo que indica que ambos sistemas se utilizan para construir esqueletos de coral. Crédito: Cortesía de Pupa Gilbert
Los arrecifes de coral son comunidades vibrantes que albergan una cuarta parte de todas las especies en el océano y son indirectamente cruciales para la supervivencia del resto. Pero están muriendo lentamente (algunas estimaciones dicen que se ha perdido del 30 al 50 por ciento de los arrecifes) debido al cambio climático.
En un nuevo estudio, los físicos de la Universidad de Wisconsin-Madison observaron los corales formadores de arrecifes a nanoescala e identificaron cómo crean sus esqueletos. Los resultados proporcionan una explicación de cómo los corales son resistentes a la acidificación de los océanos causada por el aumento de los niveles de dióxido de carbono y sugieren que controlar la temperatura del agua, no la acidez, es crucial para mitigar la pérdida y restaurar los arrecifes.
“Los arrecifes de coral están actualmente amenazados por el cambio climático. No está en el futuro, está en el presente ”, dice Pupa Gilbert, profesora de física en UW – Madison y autora principal del estudio. “La forma en que los corales depositan sus esqueletos es fundamentalmente importante para evaluar y ayudar a su supervivencia”.
Pupa Gilbert. Crédito: Cortesía de Pupa Gilbert
Los corales formadores de arrecifes son animales marinos que producen un esqueleto duro compuesto de aragonito, una forma del mineral carbonato de calcio. Pero no está claro cómo crecen los esqueletos. Un modelo sugiere que los iones de calcio y carbonato disueltos en el líquido calcificante de los corales se adhieren uno a la vez al aragonito cristalino del esqueleto en crecimiento. Un modelo diferente, propuesto por Gilbert y sus colegas en 2017 y basado en un estudio de una especie de coral, sugiere en cambio que las nanopartículas no disueltas se adhieren y luego cristalizan lentamente.
En la primera parte de un nuevo estudio, publicado el 9 de noviembre de 2020, en la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, Gilbert y su equipo de investigación utilizaron una técnica de espectromicroscopía conocida como PEEM para sondear los esqueletos en crecimiento de cinco corales recién cosechados, incluidos representantes de las cuatro posibles formas de coral que forman arrecifes: ramificado, masivo, incrustante y de mesa. Los mapas químicos de PEEM de espectros de calcio permitieron a los científicos determinar la organización de diferentes formas de carbonato de calcio a nanoescala.
Los resultados de PEEM mostraron nanopartículas amorfas presentes en el tejido de coral, en la superficie de crecimiento y en la región entre el tejido y el esqueleto, pero nunca en el esqueleto maduro en sí, lo que respalda el modelo de unión de nanopartículas. Sin embargo, también mostraron que si bien el borde de crecimiento no está densamente lleno de carbonato de calcio, el esqueleto maduro sí lo es, un resultado que no es compatible con el modelo de unión de nanopartículas.
“Si imagina un montón de esferas, nunca podrá llenar el espacio por completo; siempre hay espacio entre esferas ”, dice Gilbert. “Así que esa fue la primera indicación de que la unión de nanopartículas puede no ser el único método”.
A continuación, los investigadores utilizaron una técnica que mide el área de superficie interna expuesta de materiales porosos. Se ha descubierto que los grandes cristales geológicos de aragonito o calcita, formados por algo que no vive, tienen alrededor de 100 veces menos superficie que la misma cantidad de material compuesto por nanopartículas. Cuando aplicaron este método a los corales, sus esqueletos dieron casi el mismo valor que los cristales grandes, no los materiales de nanopartículas.
“Los corales llenan el espacio tanto como un solo cristal de calcita o aragonito. Por tanto, deben producirse tanto la unión de iones como la unión de partículas ”, dice Gilbert. “Los dos campos separados que abogan por partículas versus iones en realidad tienen razón”.
El coral Micromussa lordhowensis fue una de las cinco especies estudiadas para determinar cómo estos animales hacen sus esqueletos pedregosos. Crédito: Cortesía de Pupa Gilbert
Esta nueva comprensión de la formación del esqueleto de coral solo puede tener sentido si una cosa más es cierta: que el agua de mar no está en contacto directo con el esqueleto en crecimiento, como se ha asumido comúnmente. De hecho, estudios recientes del fluido calcificante de coral encontraron que contiene concentraciones ligeramente más altas de calcio y tres veces más iones de bicarbonato que el agua de mar, lo que respalda la idea de que el esqueleto en crecimiento está aislado del agua de mar.
En cambio, los investigadores proponen un modelo en el que los corales bombean iones de calcio y carbonato del agua de mar a través del tejido del coral, que concentra esos minerales cerca del esqueleto. Es importante destacar que este control permite a los corales regular sus concentraciones de iones internos, incluso cuando los océanos se acidifican debido al aumento de los niveles de dióxido de carbono.
“Hasta este trabajo, la gente había asumido que había contacto entre el agua de mar y el esqueleto en crecimiento. Demostramos que el esqueleto está completamente separado del agua de mar, y esto tiene consecuencias inmediatas ”, dice Gilbert. “Si va a haber estrategias de remediación de los arrecifes de coral, no deberían centrarse en contrarrestar la acidificación de los océanos, deberían centrarse en contrarrestar el calentamiento de los océanos. Para salvar los arrecifes de coral, debemos bajar la temperatura, no aumentar el pH del agua “.
Referencia: “De la unión de partículas a los esqueletos de coral que llenan el espacio” procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073 / pnas.2012025117
El apoyo para este estudio proviene del Departamento de Energía de EE. UU. (DE-FG02-07ER15899), la National Science Foundation (DMR-1603192) y el Consejo Europeo de Investigación (acuerdo de subvención n.o 755876). Se realizaron experimentos de espectromicroscopía en la fuente de luz avanzada, que cuenta con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU. (Contrato nº DE-AC02-05CH11231).
