Cambio Climático en Arrecifes de Coral
Por: Andia Chaves Fonnegra
Los arrecifes de coral están muriendo alrededor del mundo, y una de las principales causas es el cambio climático. A continuación les explicaré qué son los arrecifes de coral, cuáles son los efectos del cambio climático en éstos ecosistemas, y como la genética se usa para restaurar los arrecifes.
Los arrecifes de coral son el conjunto de muchos animales (llamados corales) que son capaces de crecer y depositar carbonato de calcio formando una muralla costera [1]. El tejido vivo del coral es como una piel que recubre el esqueleto, y el esqueleto es como una roca de blanco inmaculado [2], Figura 1. Los corales son como los árboles donde los otros organismos viven. Dentro del tejido del coral viven algas microscópicas llamadas zooxantelas (especie Symbiodinium), Figura 1, que hacen fotosíntesis y transfieren parte de su producción energética al coral. Aspecto fundamental para su crecimiento [2]. Los corales crecen en promedio 0.3- 1 cm por año [3], y solo les gusta vivir en aguas cálidas, es decir, en la región tropical a subtropical del planeta (23°–29°C), Figura 2. No toleran temperaturas por debajo de los 18°C.
Los arrecifes de coral constituyen uno de los ecosistemas más valiosos de nuestro planeta, pues no solo contienen una alta diversidad de organismos, sino que son una fuente actual y potencial de medicinas y funcionan como rompeolas naturales que protegen las costas del oleaje [4, 5]. Además, están involucrados en la fijación de gas carbónico proveniente de la atmósfera, por lo que neutralizan en parte el calentamiento global [6]. Son como los bosques y selvas del mar, dónde otros organismos como peces, caracoles, cangrejos, algas, esponjas, entre otros, se refugian y reproducen [4].
Hoy en día los corales, y por ende los arrecifes, están muriendo [7, 8]. En el Mar Caribe la cobertura de coral se ha reducido en un 80% en un periodo de tres décadas [7], y en el Océano Pacífico en un 50% [9]. Los factores que los afectan son el cambio climático, la contaminación por aguas de alcantarillado, la sobrepesca con dinamita, y el turismo descontrolado [8-12].
¿Cuál es el efecto del Cambio climático en arrecifes de coral? Debido al exceso de gas carbónico (CO2) en la atmósfera (80 ppm por encima de los valores máximos de los últimos 740.000 años), el planeta está sufriendo un sobrecalentamiento y la temperatura del agua está incrementando en ciertas áreas del océano (el promedio para el del siglo XX es 0.74°C) [11]. Lo que afecta la simbiosis entre corales y algas microscópicas [13]. Durante los periodos de altas temperaturas en el agua, los corales tienden a perder sus algas, se blanquean -se les ve el esqueleto blanco a través del coral vivo transparente-[11, 13], enferman, y son más susceptibles a la muerte [14] y a ser colonizados por macroalgas y esponjas [15-17]. Solo 1°C de incremento en la temperatura del agua produce el blanqueamiento coralino [11].
Al haber más CO2 de lo normal en la atmósfera, la química del agua del mar también cambia, y se vuelve más ácida, haciendo que el carbonato de calcio de corales y conchas de otros animales se fije menos, volviendo sus esqueletos más débiles y frágiles, por lo que se vuelven más propensos a la erosión [11]. La consecuencia mas seria de elevar la temperatura del agua e incrementar la acidez, es la extinción de los arrecifes coralinos [12].
Adaptación de los corales a altas temperatura y uso de la genética
En el Mar Caribe la disminución de corales en su mayoría ha sido por la pérdida de corales Acropora, comúnmente llamados corales cuerno de alce (Acropora palmata) y coral cuerno de ciervo (Acropora cervicornis). Desde 1980, las poblaciones de éstos corales han disminuido entre 80-90% en el Mar Caribe y en el occidente del Océano Atlantico, y ambas especies están en peligro de extinción. Igualmente corales Acropora del Indo-Pacífico están amenazadas, y se ha demostrado que cambios en la temperatura y acidez de agua disminuyen la concentración de esperma y el éxito reproductivo en la especie Acropora tenuis [18].
Las poblaciones de corales que se enfrentan a blanqueamiento y mortandad podrían extinguirse [10]. Para sobrevivir tendrían que adaptarse, climatizarse o cambiar su rango geográfico [19-21]. Estas posibilidades han sido investigadas, encontrando que depende de las especies de corales y de los tipos de zooxanthelas asociadas. Así, corales ramosos de la especie Acropora hyacinthus (del Océano Pacífico) pueden adaptarse y aclimatarse a áreas arrecifales con temperaturas por encima de su rango de tolerancia [22]. En cuanto a las zooxanthellas, Symbiodinium clado D son más comunes en corales que se encuentran en microclimas más calientes, mientras que corales en otros regímenes de temperatura presentan Symbiodinium clados C y D [23]. Sin embargo, las zooxantelas capaces de soportar altas temperaturas, no son necesariamente las mejores para ayudar a mantener la salud y el crecimiento en los corales [24].
Para determinar que tanto los corales pueden tolerar la temperatura, se han hecho diferentes experimentos; por ejemplo se transplantan corales a arrecifes con temperaturas más altas y se observa si sus zooxanthelas, tejidos, y expresión de los genes en el transcriptoma cambian (=DNA que es transcrito y constituye el ARN mensajero) [22]. De esta manera se puede determinar el tiempo que los corales resisten blanqueamiento, que tanto los clados de zooxantelas cambian, y encontrar los genes y proteínas que son activados en los corales cuando se blanquean, o en aquellos corales que no se blanquean y son capaces de sobrevivir cambios continuos en la temperatura del agua [22, 23, 25]. Esto es importante para determinar qué especies tienen mayor resistencia, y qué poblaciones de corales tienen una mayor capacidad de sobrevivir a eventos de temperatura extrema (alta o fría). Con esta información, es posible seleccionar especies e individuos para programas de restauración de arrecifes coralinos [26].
Varias técnicas de restauración se han usado para la recuperación de corales Acropora, uno de los métodos consiste en construir “jardines de corales” en los cuales fragmentos vivos de los corales son puestos en viveros bajo el agua y luego son transplantados a arrecifes que han sido destruidos [27]. La fragmentación de los corales, y su crecimiento hasta formar colonias adultas es posible, ya que éstos corales se reproducen naturalmente por medio de fragmentación. Específicamente en Florida, USA, y el Caribe, ésta técnica se usa actualmente: pequeños fragmentos son cortados de corales adultos, y luego son pegados con epoxy (pegante que funciona en agua) a bloques de cemento. Cuando los corales alcanzan una talla intermedia, se transplantan a nuevas áreas. En este proceso es importante tener en cuenta la información genética de las colonias de coral, ya que para restaurar a largo plazo es necesario que los arrecifes tengan colonias de coral con diferente información genética, de esta manera cuando los corales llegan a talla adulta y se reproducen sexualmente, la diversidad genética también se recupera en las poblaciones de corales [27].
Los estudios genéticos deben hacerse antes de cortar los fragmentos, así se puede determinar que tan relacionados (si son una misma familia: padres, hijos, primos, etc.) están las colonias de coral que van a ser usadas para el vivero. Luego se eligen tanto corales de un mismo núcleo familiar como corales menos relacionados, con información genética diferente y que provengan de diferentes áreas. Así se garantiza que haya mezcla genética, y que genotipos con mayor resistencia a efectos del cambio climático puedan sobrevivir [27] .
La mayoría de evidencia sugiere que el cambio climático ha excedido la habilidad de los corales para aclimatarse y adaptarse, y que los arrecifes coralinos continuarán disminuyendo [7]. Por tanto, los arrecifes de coral se enfrentan a cambios dramáticos; un tercio de las especies de coral pueden estar en riesgo de extinción [10]. No solo los corales, pero también las especies asociadas a éstos (peces, y otros invertebrados) se espera que disminuyan [12]. Para evitar la extinción de los arrecifes de coral, es necesario disminuir los impactos (cambio climático, contaminación, sobrepesca con dinamita, y turismo descontrolado) sobre este ecosistema. Tenemos que reducir la cantidad de gas carbónico (CO2) que está siendo librado a la atmósfera, de esta manera evitamos que la temperatura y la acidificación del mar sigan incrementando. Lo que daría tiempo a los corales para aclimatarse y adaptarse a los cambios y destrucción que se han hecho en estos ecosistemas.
Referencias
1. Díaz, J.M., et al., eds. Áreas coralinas de Colombia. Serie Publicaciones Especiales. 2000, INVEMAR: Santa Marta. 176.
2. Ruppert, E.E. and R.D. Barnes, Invertebrate Zoology, ed. 6. 1993: Saunders College
3. Gladfelter, E.H., R.K. Monahan, and W.B. Gladfelter, Growth rates of five reef-building corals in the Northeastern Caribbean. Bulletin of Marine Science, 1978. 28(4): p. 728-734.
4. Appeldoorn, R.S., P.M. Yoshioka, and D.L. Ballantine, Coral reef ecosystem studies: integrating science and management in the Caribbean. Caribbean Journal of Science, 2009. 45(2-3): p. 134-137.
5. Sipkema, D., et al., Marine sponges as pharmacy. Marine Biotechnology, 2005. 7: p. 142-162.
6. Hoegh-Guldberg, O., Climate change, coral bleaching and the future of the world´s coral reefs. Marine and Freshwater Research, 1999. 50: p. 839-866.
7. Gardner, T.A., et al., Long-term region-wide declines in Caribbean corals. Science, 2003. 301(5635): p. 958-960.
8. Hughes, T.P., et al., Climate Change, Human Impacts, and the Resilience of Coral Reefs. Science, 2003. 301 (5635): p. 929-933.
9. Jackson, J.B.C., The future of the oceans past. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2010. 365: p. 3765-3778.
10. Carpenter, K.E., et al., One-third of reefbuilding corals face elevated extinction risk from climate change and local impacts. Science, 2008. 321(5888): p. 560-563.
11. Hoegh-Guldberg, O., et al., Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification. Science, 2007. 318: p. 1737-1742.
12. Doney, S.C., et al., Climate change impacts on marine ecosystems. Annual Review of Marine Science, 2012. 4: p. 11-37.
13. Goreau, T.J. and R.L. Hayes, Coral bleaching and ocean ‘‘hot spots’’. Ambio, 1994. 23: p. 176-180.
14. Glynn, P.W., Coral reef bleaching: ecological perspectives. Coral Reefs, 1993. 12: p. 1-17.
15. Cortés, J., et al., Pérdida de zooxantelas y muerte de corales y otros organismos arrecifales en el Caribe y Pacífico de Costa Rica. Revista de Biología Tropical, 1984. 32: p. 227-231.
16. Norström, A.V., et al., Alternative states on coral reefs: beyond coral-macroalgae phase shifts. Marine Ecology Progress Series, 2009. 376: p. 295-306.
17. Rützler, K., Impact of crustose clionid sponges on Caribbean reef corals. Acta Geologica Hispánica, 2002. 37(1): p. 61-72.
18. Albright, R. and B. Mason, Projected near-future levels of temperature and pCO2 reduce coral fertilization success. PLoS ONE(): , 2013. 8(2): p. e56468. doi:10.1371/journal.pone.0056468.
19. Day, T., et al., Factors affecting the evolution of bleaching resistance in corals. The American Naturalist, 2008. 171: p. E72-E88.
20. Coles, S.L. and B.E. Brown, Coral bleaching – capacity for acclimatization and adaptation. Advances in Marine Biology, 2003. 46: p. 183-223.
21. Greenstein, B.J. and J.M. Pandolfi, Escaping the heat: range shifts of reef coral taxa in coastal Western Australia. Global Change Biology, 2008. 14: p. 513-528.
22. Palumbi, S.R., et al., Mechanisms of reef coral resistance to future climate change. Science, 2014. 344(6186): p. 895-898.
23. Oliver, T.A. and S.R. Palumbi, Many corals host thermally resistant symbionts in high temperature habitat. Coral Reefs, 2011. 30: p. 241-250.
24. Jones, A. and R. Berkelmans, Potential costs of acclimatization to a warmer climate: growth of a reef coral with heat tolerant versus sensitive symbiont types. PLoS One, 2010. 5(5 e10437): p. 1-9.
25. Meyer, E., G.V. Aglyamova, and M.V. Matz, Profiling gene expression responses of coral larvae (Acropora millepora) to elevated temperature and settlement inducers using a novel RNA-Seq procedure. Molecular Ecology, 2011. 20: p. 3599-3616.
26. Schopmeyer, S.A., et al., In situ coral nurseries serve as genetic repositories for coral reef restoration after an extreme cold-water event. Restoration Ecology, 2012. 20(6): p. 696-703.
27. Johnson, M.E., et al., Best practices for propagation and population enhancement: Caribbean Acropora restoration guide. 2011, Arlington, VA: The Nature Conservancy.