Metabolismo de los corales: ¿Por qué es importante estudiarlo?

Cabeza del instrumento (CISME) sobre la colonia del coral Siderastrea siderea.

Khrystall Kharinna Ramos Callejas

Estudiante graduada, Departamento de Ciencias Marinas Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagüez

Todos los seres vivos llevan a cabo reacciones químicas que les permiten cambiar la naturaleza de ciertas sustancias. A partir de estas reacciones, pueden nutrirse y obtener la energía necesaria para los procesos de crecimiento, desarrollo, reproducción y el sostén de la vida misma. A esto se le conoce como metabolismo.

Los corales constituyen parte de una amplia gama de organismos que habitan en el fondo marino. Son organismos sésiles que subsisten gracias a una relación simbiótica entre un pólipo y una zooxantela. Al igual que otros seres vivos, los corales llevan a cabo procesos metabólicos que les permiten mantenerse vivos.

Los corales a su vez, forman arrecifes que son áreas oligotróficas, es decir, que tienen pocos nutrientes. Para compensar la carencia de nutrientes, los corales desarrollaron una simbiosis mutualista con las zooxantelas las cuales son fotosintéticas y viven en el tejido del coral. Mediante el proceso de fotosíntesis, las zooxantelas proveen aproximadamente el 80% de la energía necesaria para la supervivencia del coral. Como ellas están alojadas en el interior de los corales, participan de varios procesos directamente vinculados al metabolismo de estos (ej. proporcionar nutrientes, remover desechos, producir carbonato de calcio, entre otros).

Sin embargo, estos procesos metabólicos pueden verse afectados significativamente por cambios químicos y físicos que ocurren alrededor de los corales. Estos son sumamente susceptibles a cualquier alteración. Por lo que, si se altera la temperatura del agua, los nutrientes o el pH, o varía el nivel del mar, por ejemplo, procesos como

Khrystall Ramos trabaja con el equipo CISME.

el crecimiento, el reclutamiento, la sobrevivencia y la recuperación a corto y largo plazo de los corales podrían variar o afectarse gravemente. Incluso, estas alteraciones pueden ocasionar la muerte de los mismos.

Es sumamente importante estudiar la interacción de los corales con su medio ambiente y las consecuencias que esto tiene para sus procesos metabólicos. Desde un punto de vista biológico, no hay vida sin metabolismo. El buen funcionamiento metabólico de los corales se traduce en una mejor condición de nuestros ecosistemas marinos y costeros, en pesquerías más saludables, en mayores atractivos para la recreación marina… en fin, en una amplia gama de servicios ecosistémicos que están directamente relacionados relacionados a la salud de los arrecifes de coral.

Para entender mejor los factores que perjudican a las comunidades de corales que forman los arrecifes, hasta el momento se habían realizado monitoreos, evaluaciones descriptivas y caracterización en los arrecifes. Sin embargo, aún no se analiza en detalle cómo varía el metabolismo de los corales cuando se enfrentan a diferentes condiciones ambientales. Por esta razón me dedico a este estudio, como parte de mi tesis de maestría en Oceanografía Biológica, del Departamento de Ciencias Marinas de la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagüez (UPRM).

Desde hace más de tres décadas, los arrecifes de coral del Caribe han ido en declive a causa de la actividad sinérgica de diversas amenazas. Acciones humanas tales como el desarrollo costero desmedido, la contaminación y la sobrepesca, han contribuido a la aceleración del cambio climático, lo que ocasiona un mayor calentamiento del agua. La variación en la temperatura del agua, a su vez, es el principal factor responsable de los cambios metabólicos de los corales. Si la temperatura varía, se afectan las reacciones de las enzimas, lo cual causa problemas en el crecimiento, la alimentación, la reproducción y la defensa inmunológica de los corales. Por ejemplo, las altas temperaturas aceleleran el metabolismo en estos organismos y la relación simbiótica con las algas en su interior se ve afectada; como mecanismo de defensa, las zooxantelas son expulsadas del coral.

Existe poca información sobre las tasas metabólicas y los cambios bajo distintas condiciones ambientales o de estrés en corales escleractíneos. Se han creado varias metodologías para llevar a cabo estas mediciones, como las cámaras oscuras y la respirometría de flujo. Sin embargo, esta última, por ejemplo, representa una desventaja, ya que solo se puede efectuar en zonas poco profundas. Los investigadores Yates y Halley (2003), por otro lado, crearon una cámara de incubación SHARQ. En palabras simples, esta cámara de incubación es una especie de caja hecha con acrílico, en la que se aísla cierto volumen de agua con la intención de hacer un análisis de esa muestra que queda atrapada. La desventaja de esta herramienta es que recoge masas de agua con todo tipo de organismos presentes en el sustrato. Es decir, no solamente hay corales, por lo que el estudio se hace a nivel de comunidad y no a nivel individual.

Mi estudio propone determinar la variación de las tasas de fotosíntesis, de respiración y de calcificación de dos de las especies constructoras de arrecifes más importantes del Caribe: el coral estrella montañosa (Orbicella faveolata) y el coral estrellado redondo (Siderastrea siderea). Una hipótesis que establece mi investigación es que las tasas metabólicas en estas dos especies de corales están sujetas a la cantidad y calidad de la luz, así como a la temperatura que hay a diferentes profundidades. Por lo tanto, se espera que la variación de las tasas metabólicas sean significativamente diferentes dependiendo de la profundidad a la que se encuentren los corales.

En el caso de mi proyecto, ambas especies, Orbicella faveolata y Siderastrea siderea, están representadas en las tres profundidades escogidas para el mismo: somero o llano (0-5 metros / 0-16.4 pies), intermedio (5-10 metros / 16.4-32.8 pies) y profundo (1520 metros / 49-65.6 pies). Según aumenta la profundidad, la disponibilidad de luz es menor y la temperatura disminuye. Por esto, se espera que las tasas metabólicas varíen, porque las zooxantelas se deben adaptar al ambiente en el que se encuentran y deben trabajar a base de lo que tienen disponibles en la profundidad a la que estén.

Este estudio se realizará a lo largo del gradiente de profundidad en arrecifes de La Reserva Natural de La Parguera (Lajas, Puerto Rico). Ambas especies son abundantes y se encuentran en un amplio intervalo de profundidad (en diferentes hábitats, entre 0.5 y 20 m de profundidad). Las tasas de fotosíntesis y de respiración se medirán directamente en las colonias in-situ, utilizando un nuevo instrumento llamado CISME (Coral In-Situ Metabolism). Este instrumento se coloca directamente sobre la colonia del coral, de manera que la medición toma en cuenta solo al individuo. Esta herramienta la desarrollaron los profesores Alina Szmant y Robert Whitehead, ambos del Departamento de Ciencias Marinas en Wilmington de la Universidad de North Carolina. Este instrumento compacto sumergible es el más reciente y práctico para realizar mediciones de las colonias en su hábitat, sin alterarlas o moverlas.

Para medir la calcificación se obtendrán muestras de agua de cada medición de los corales y se llevarán al laboratorio de Ecología y Biología de arrecifes de coral, del profesor Ernesto Weil (del Departamento de Ciencias Marinas, en la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagüez). Luego, se enviarán a los profesores Alina Szmant y Robert Whitehead.

La información que se obtenga a través de este proyecto ayudará a entender los patrones metabólicos normales de estas especies a diferentes profundidades. También, permitirá establecer una línea base para comparar cambios metabólicos en condiciones diferentes o de estrés, si las temperaturas oceánicas siguen aumentando. Como el muestreo aún está en sus inicios, todavía no se tienen conclusiones sobre el metabolismo base de estas especies de corales. Con los resultados también se realizarán estadísticas de las tasas de fotosíntesis, respiración y calcificación para ambas especies y se hará una comparación entre profundidades para cada especie y entre especies. Por otro lado, los datos de esta investigación ayudarán a tener una idea a nivel cuantitativo de la tasa a la que ocurren ciertas reacciones metabólicas en el interior del organismo. Por ejemplo, si se toma alguna medición de una colonia de coral que luce sana y la medición es diferente a la esperada, esto podría sugerir que algo está pasando con ese coral. En ese caso, se podría monitorear la situación y realizar más estudios u observaciones para tratar de determinar la causa. Actualmente, con el problema que enfrentamos ante la aceleración del cambio climático, estos datos de la investigación nos pueden ayudar a comparar cambios metabólicos en condiciones diferentes o de estrés (ej. blanqueamiento) si la temperatura del océano sigue aumentando.

Glosario

actividad sinérgica – Acción conjunta de dos o más causas que aumentan los efectos, y resultan en una consecuencia mayor. blanqueamiento – Pérdida o reducción de la pigmentación en los huéspedes debido a la expulsión o muerte de sus simbiontes. defensa inmunológica – La manera en la que el cuerpo se defiende, naturalmente, de las infecciones. calcificación - Acumulación de carbonato de calcio (CaCO3) en el tejido el cual se endurece y forma las conchas y esqueletos de algunos organismos calcificadores como los moluscos y corales, respectivamente. corales escleractíneos – Son los que se conocen como corales duros; esto por la secreción del esqueleto calcáreo. enzimas – Molécula (proteína) que acelera la velocidad de una reacción y no es consumida durante la misma. fotosíntesis – Proceso por el cual organismos fotosintéticos (los que son capaces de producir su propio alimento) convierten la energía de la luz en energía química para obtener alimento y poder crecer y desarrollarse. in-situ – Es cuando se realizan mediciones en el campo sin mover, fragmentar o afectar el organismo que se quiere estudiar. pH – Es lo que determina el grado de acidez en una solución acuosa (con demasiada agua). respirometría de flujo – Una metodología en la que el fluido (como el aire o el agua) pasa por una cámara en la que se encuentra la especie, y mide el intercambio de gases mediante un medidor. servicios ecosistémicos – Beneficios que los seres humanos obtienen de los ecosistemas. sésiles – Que están sujetos al sustrato y no pueden moverse. simbiosis mutualista - Relación entre dos especies en la cual ambas se benefician de la otra. tasa de calcificación – Cantidad y frecuencia en la cual un organismo acumula calcio en sus tejidos. tasa de respiración – Cantidad y frecuencia a la que los organismos utilizan el oxígeno y los carbohidratos para convertirlos en energía. tasa fotosintética – Cantidad y frecuencia en la que los organismos producen su propio alimento (autótrofos), como las plantas y las algas, utilizando dióxido de carbono y agua. tasas metabólicas – Cantidad y frecuencia a la que ocurren las reacciones químicas dentro del organismo. zooxantela – Alga que mantiene una relación de simbiosis con otros organismos marinos.

Referencias

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Kühl, M., Cohen, Y., Dalsgaard, T., Jørgensen, B. B. & Revsbech, N. P. (1995). Microenvironment and photosynthesis of zooxanthellae in scleractinian coral studied with microsensors for O2, pH and light. Marine Ecology Progress Series,117, 159-172.

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Yates, K. K., & Halley, R. B. (2003). Measuring coral reef community metabolism using new benthic chamber technology. Coral reefs, 22(3), 247-255.