A medida que el cambio climático y la contaminación ponen en peligro los arrecifes de coral, los científicos buscan corales para repoblar los océanos del futuro

Los arrecifes de coral son algunos de los ecosistemas más antiguos y diversos en la Tierra, y entre los más valiosos.Ellos nutren 25% de toda la vida marina, proteger las costas de las tormentas y agregar miles de millones de dólares al año a la economía global a través de su influencia en la pesca, los nuevos productos farmacéuticos, el turismo y la recreación.

Hoy en día, los arrecifes de coral del mundo se están degradando a un ritmo tasas sin precedentes debido a la contaminación, la sobrepesca y silvicultura destructiva y prácticas mineras en tierra.El cambio climático impulsado por las actividades humanas es Calentamiento y acidificación del océano., desencadenando lo que podría ser El mayor blanqueamiento de corales registrado.Bajo estas presiones combinadas, los científicos proyectan que la mayoría de los corales podrían extinguirse dentro de unas pocas generaciones.

soy un biólogo marino en el smithsonian Instituto Nacional de Zoológico y Biología de la Conservación.Durante 17 años, he trabajado con colegas para crear un programa científico global llamado Iniciativa de recuperación de arrecifes que tiene como objetivo ayudar a salvar los arrecifes de coral mediante el uso de ciencia de la criopreservación.

Este novedoso enfoque implica almacenar y enfriar espermatozoides y larvas de coral, o células germinales, a temperaturas muy bajas y manteniéndolos en biodepósitos gubernamentales.

Estos depósitos son una importante protección contra la extinción de los corales.Gestionados eficazmente, pueden ayudar a contrarrestar las amenazas a los arrecifes de la Tierra a escala global.Estos activos congelados se pueden utilizar hoy, dentro de 10 o incluso 100 años para ayudar a resembrar los océanos y restaurar los arrecifes vivos.

Congelado vivo de forma segura

La criopreservación es un proceso para congelar material biológico manteniendo su viabilidad.Implica introducir sustancias similares al azúcar, llamadas crioprotectores, en las células para ayudar a prevenir la formación letal de hielo durante la fase de congelación.Si se hace correctamente, las células permanecen congeladas y vivas en nitrógeno líquido, sin cambios, durante muchos años.

Muchos organismos sobreviven a través de inviernos fríos en la naturaleza al volverse criopreservados naturalmente a medida que las temperaturas en sus hábitats caen por debajo del punto de congelación. Dos ejemplos que son comunes en toda América del Norte son tardígrados: animales microscópicos que viven en musgos y líquenes. - y ranas de madera.

Hoy en día, las técnicas de criopreservación de corales dependen en gran medida de congelar esperma y larvas.Desde 2007, he capacitado a muchos colegas en criopreservación de corales y he trabajado con ellos para preservar con éxito el esperma de coral.Hoy tenemos esperma de más de 50 especies de corales. conservado en biodepósitos en todo el mundo.

Hemos utilizado este esperma criopreservado para producir nuevos corales en todo el Caribe mediante un proceso de reproducción selectiva llamado flujo genético asistido.El objetivo era utilizar esperma criopreservado y cruzar corales que no necesariamente se habrían encontrado, un tipo de emparejamiento a larga distancia.

La diversidad genética se mantiene combinando tantos padres diferentes como sea posible para producir nueva descendencia sexualmente producida.Dado que los corales están cementados al fondo marino, cuando la población en su área disminuye, se pueden introducir nuevos individuos mediante la criopreservación.La esperanza es que estas nuevas combinaciones genéticas puedan tener una adaptación que ayude a los corales a sobrevivir a los cambios en el calentamiento futuro de los océanos.

Estos estudios de flujo genético asistido produjeron 600 nuevos individuos genéticamente variados del amenazado coral cuerno de alce. acropora palmata.A principios de 2024, solo quedan unos 150 individuos de cuerno de alce en estado salvaje en la población de Florida.Si se les diera la oportunidad, estos corales criados selectivamente y mantenidos en cautiverio podrían aumentar significativamente el acervo genético del cuerno de alce silvestre.

La preservación de los espermatozoides y las larvas es una protección importante contra la pérdida de biodiversidad y la extinción de especies.Pero sólo podemos recolectar este material durante eventos de desove fugaces cuando los corales liberan óvulos y espermatozoides en el agua.

Estos episodios ocurren durante solo unos pocos días al año, una ventana de tiempo pequeña que plantea desafíos logísticos para investigadores y conservacionistas, y limita la velocidad a la que podemos crio-bancar especies de coral con éxito.

Para complicar aún más las cosas, el calentamiento de los océanos y las cada vez más frecuentes olas de calor marinas pueden estresar biológicamente a los corales.Esto puede hacer que su material reproductivo sea demasiado débil para soportar los rigores de la criopreservación y descongelación.

Ampliar el rescate

Para recolectar material de coral más rápido, estamos desarrollando un proceso de criopreservación de fragmentos enteros de coral, utilizando un método llamado vitrificación isocórica.Esta técnica aún está en desarrollo.Sin embargo, si tiene éxito, preservará fragmentos enteros de coral sin provocar que se forme hielo en sus tejidos, produciendo así fragmentos viables una vez descongelados que prosperarán y podrán volver a colocarse en el arrecife.

Para ello, deshidratamos el fragmento exponiéndolo a un cóctel crioprotector viscoso.Luego lo colocamos en un pequeño cilindro de aluminio y sumergimos el cilindro en nitrógeno líquido, que tiene una temperatura de menos 320 grados Fahrenheit (menos 196 grados Celsius).

Este proceso congela el contenido del cilindro tan rápido que el crioprotector forma un vidrio transparente en lugar de permitir que se formen cristales de hielo.Cuando queramos descongelar los fragmentos, los colocamos al baño maría templada durante unos minutos y luego los rehidratamos en agua de mar.

Con este método, podemos recolectar y criopreservar fragmentos de coral durante todo el año, ya que no tenemos que esperar y observar eventos de desove fugaces.Este enfoque acelera enormemente nuestros esfuerzos de conservación.

Proteger tantas especies como sea posible requerirá ampliar y compartir nuestra ciencia para crear material de coral criopreservado y descongelado robusto mediante múltiples métodos.Mis colegas y yo queremos que la tecnología sea fácil, rápida y económica para que cualquier profesional pueda replicar nuestro proceso y ayudarnos a preservar los corales en todo el mundo.

Hemos creado un programa de crioentrenamiento de corales basado en videos que incluye instrucciones para Construyendo criocongeladores simples impresos en 3D, y han colaborado con ingenieros para desarrollar nuevos métodos que ahora permiten congelar cientos de larvas de coral en mallas metálicas sencillas y económicas.Estas nuevas herramientas harán posible que los laboratorios de todo el mundo aceleren significativamente la recolección de coral en todo el mundo en los próximos cinco años.

Salvaguardando el futuro

Modelos climáticos recientes estiman que si las emisiones de gases de efecto invernadero continúan sin disminuir, el 95% o más de los corales del mundo podría morir a mediados de la década de 2030.Esto deja muy poco tiempo para conservar la biodiversidad y la diversidad genética de los arrecifes.

Un enfoque, que ya está en marcha, es poner todas las especies de coral bajo el cuidado humano.El Smithsonian es parte del Alianza de Biobancos de Coral, una colaboración internacional para conservar los corales mediante la recolección de colonias vivas, esqueletos y muestras genéticas y el uso de las mejores prácticas científicas para ayudar a reconstruir los arrecifes.

Hasta la fecha, más de 200 especies de coral, de unas 1.000 especies de coral duro conocidas, y miles de colonias están bajo cuidado humano en instituciones de todo el mundo, incluidas organizaciones relacionadas con los EE. UU.y armas europeas del Asociación de Zoológicos y Acuarios.Aunque se trata de clones de colonias silvestres, estos individuos podrían colocarse en sistemas de cría de corales que podrían utilizarse para la criopreservación posterior de sus larvas genéticamente variadas.Alternativamente, sus larvas podrían usarse para proyectos de restauración de arrecifes.

Hasta que se frene y revierta el cambio climático, los arrecifes seguirán degradándose.Para garantizar un futuro mejor para los arrecifes de coral será necesario construir biodepósitos de coral, establecer viveros en tierra para albergar colonias de coral y desarrollar nuevos colonos larvarios, y capacitar a nuevos crioprofesionales.

Durante décadas, los zoológicos han utilizado cría en cautividad y reintroducción para proteger especies animales que han caído a niveles críticamente bajos.De manera similar, creo que nuestras novedosas soluciones pueden crear esperanza y ayudar a salvar los arrecifes de coral para resembrar nuestros océanos hoy y en el futuro.

Este artículo se actualizó para incluir el desarrollo de un evento de blanqueamiento de corales a escala global en la primavera de 2024.