À medida que as mudanças climáticas e a poluição põem em perigo os recifes de coral, os cientistas usam os corais para repovoar os futuros oceanos

Os recifes de coral são alguns dos ecossistemas mais antigos e diversos na Terra e entre os mais valiosos.Eles nutrem 25% de toda a vida oceânica, proteger as costas das tempestades e adicione bilhões de dólares anualmente à economia global através das suas influências nas pescas, nos novos produtos farmacêuticos, no turismo e na recreação.

Hoje, os recifes de coral do mundo estão se degradando em taxas sem precedentes devido à poluição, à pesca excessiva e silvicultura destrutiva e práticas de mineração em terra.As alterações climáticas impulsionadas pelas actividades humanas são aquecendo e acidificando o oceano, desencadeando o que poderia ser o maior evento de branqueamento de corais já registrado.Sob essas pressões combinadas, os cientistas projetam que a maioria dos corais poderá ser extinta dentro de algumas gerações.

eu sou um biólogo marinho no Smithsonian Instituto Nacional de Zoológico e Biologia da Conservação.Durante 17 anos, trabalhei com colegas para criar um programa científico global chamado Iniciativa de recuperação de recifes que visa ajudar a salvar os recifes de coral usando o ciência da criopreservação.

Esta nova abordagem envolve armazenar e resfriar espermatozóides e larvas de corais, ou células germinativas, em temperaturas muito baixas e mantendo-os em biorrepositórios governamentais.

Esses repositórios são uma importante proteção contra a extinção dos corais.Geridos de forma eficaz, podem ajudar a compensar as ameaças aos recifes da Terra à escala global.Estes activos congelados podem ser usados ​​hoje, daqui a 10 anos ou mesmo daqui a 100 anos, para ajudar a replantar os oceanos e a restaurar recifes vivos.

Congelado vivo com segurança

A criopreservação é um processo de congelamento de material biológico mantendo sua viabilidade.Envolve a introdução de substâncias semelhantes ao açúcar, chamadas crioprotetores, nas células para ajudar a prevenir a formação letal de gelo durante a fase de congelamento.Se feito corretamente, as células permanecem congeladas e vivas em nitrogênio líquido, inalteradas, por muitos anos.

Muitos organismos sobrevivem aos invernos frios na natureza, tornando-se naturalmente criopreservados à medida que as temperaturas em seus habitats caem abaixo de zero. Dois exemplos comuns na América do Norte são tardígrados – animais microscópicos que vivem em musgos e líquenes - e sapos de madeira.

Hoje, as técnicas de criopreservação de corais dependem em grande parte esperma congelado e larvas.Desde 2007, treinei muitos colegas em criopreservação de corais e trabalhei com eles para preservar com sucesso o esperma do coral.Hoje temos esperma de mais de 50 espécies de corais preservados em biorrepositórios em todo o mundo.

Usamos esse esperma criopreservado para produzir novos corais em todo o Caribe por meio de um processo de reprodução seletivo chamado fluxo gênico assistido.O objetivo era usar esperma criopreservados e corais cruzados que não necessariamente teriam se encontrado – um tipo de matchmaking de longa distância.

A diversidade genética é mantida combinando tantos pais diferentes quanto possível para produzir novos descendentes produzidos sexualmente.Como os corais estão cimentados no fundo do mar, quando o número de populações na sua área diminui, novos indivíduos podem ser introduzidos através da criopreservação.A esperança é que estas novas combinações genéticas possam ter uma adaptação que ajude os corais a sobreviver às mudanças no futuro aquecimento dos oceanos.

Esses estudos assistidos de fluxo gênico produziram 600 novos indivíduos geneticamente variados do ameaçado coral Elkhorn. Acropora palmata.No início de 2024, havia apenas cerca de 150 indivíduos Elkhorn em estado selvagem na população da Flórida.Se tivessem oportunidade, esses corais criados seletivamente e mantidos em cativeiro poderiam aumentar significativamente o pool genético do chifre de alce selvagem.

A preservação de espermatozoides e larvas é uma importante proteção contra a perda de biodiversidade e a extinção de espécies.Mas só podemos coletar esse material durante eventos de desova fugazes quando os corais liberam óvulos e espermatozoides na água.

Estes episódios ocorrem durante apenas alguns dias por ano – uma pequena janela de tempo que apresenta desafios logísticos para investigadores e conservacionistas, e limita a velocidade a que podemos armazenar espécies de corais com sucesso.

Para complicar ainda mais a situação, o aquecimento dos oceanos e as ondas de calor marinhas cada vez mais frequentes podem causar stress biológico aos corais.Isto pode tornar o seu material reprodutivo demasiado fraco para suportar os rigores da criopreservação e do descongelamento.

Ampliando o resgate

Para coletar material de coral mais rapidamente, estamos desenvolvendo um processo de criopreservação para fragmentos inteiros de coral, usando um método chamado vitrificação isocórica.Esta técnica ainda está em desenvolvimento.No entanto, se for totalmente bem sucedido, preservará fragmentos inteiros de coral sem causar a formação de gelo nos seus tecidos, produzindo assim fragmentos viáveis ​​depois de descongelados que prosperam e podem ser colocados de volta no recife.

Para isso, desidratamos o fragmento expondo-o a um coquetel crioprotetor viscoso.Em seguida, colocamos o cilindro em um pequeno cilindro de alumínio e mergulhamos o cilindro em nitrogênio líquido, que tem uma temperatura de menos 320 graus Fahrenheit (menos 196 Celsius).

Este processo congela o conteúdo do cilindro tão rapidamente que o crioprotetor forma um vidro transparente em vez de permitir o desenvolvimento de cristais de gelo.Quando queremos descongelar os fragmentos, colocamos-os em banho-maria por alguns minutos e depois os reidratamos em água do mar.

Usando este método, podemos coletar e criopreservar fragmentos de corais durante todo o ano, uma vez que não precisamos esperar e observar eventos de desova fugazes.Esta abordagem acelera enormemente nossos esforços de conservação.

Proteger o maior número possível de espécies exigirá a expansão e a partilha da nossa ciência para criar material robusto de coral criopreservado e descongelado através de múltiplos métodos.Meus colegas e eu queremos que a tecnologia seja fácil, rápida e barata para que qualquer profissional possa replicar nosso processo e nos ajudar a preservar os corais em todo o mundo.

Criamos um programa de criotreinamento de corais baseado em vídeo que inclui instruções para construindo criocongeladores simples impressos em 3D, e colaboraram com engenheiros para desenvolver novos métodos que agora permitem que centenas de larvas de coral sejam congeladas em malhas metálicas simples e baratas.Estas novas ferramentas permitirão que laboratórios de todo o mundo acelerem significativamente a recolha de corais em todo o mundo nos próximos cinco anos.

Protegendo o futuro

Modelos climáticos recentes estimam que, se as emissões de gases com efeito de estufa continuarem inabaláveis, 95% ou mais dos corais do mundo pode morrer em meados da década de 2030.Isto deixa pouco tempo precioso para conservar a biodiversidade e a diversidade genética dos recifes.

Uma abordagem, que já está em curso, é trazer todas as espécies de corais para os cuidados humanos.O Smithsonian faz parte do Aliança Coral Biobanco, uma colaboração internacional para conservar os corais através da recolha de colónias vivas, esqueletos e amostras genéticas e da utilização das melhores práticas científicas para ajudar a reconstruir os recifes.

Até à data, mais de 200 espécies de corais, de cerca de 1.000 espécies conhecidas de corais duros, e milhares de colónias estão sob cuidados humanos em instituições de todo o mundo, incluindo organizações ligadas aos EUA.e armas europeias do Associação de Zoológicos e Aquários.Embora estes sejam clones de colônias selvagens, esses indivíduos poderiam ser colocados em sistemas de reprodução de corais que poderiam ser usados ​​para posterior criopreservação de suas larvas geneticamente variadas.Alternativamente, suas larvas poderiam ser usadas em projetos de restauração de recifes.

Até que as alterações climáticas sejam abrandadas e revertidas, os recifes continuarão a degradar-se.Garantir um futuro melhor para os recifes de coral exigirá a construção de biorrepositórios de corais, o estabelecimento de viveiros em terra para manter colónias de corais e desenvolver novos colonizadores de larvas, e a formação de novos crio-profissionais.

Durante décadas, os zoológicos usaram reprodução em cativeiro e reintrodução para proteger espécies animais que caíram para níveis criticamente baixos.Da mesma forma, acredito que as nossas novas soluções podem criar esperança e ajudar a salvar os recifes de coral para replantar os nossos oceanos hoje e no futuro.

Este artigo foi atualizado para incluir o desenvolvimento de um evento de branqueamento de corais em escala global na primavera de 2024.