Laboratorio de arrecifes experimentales

Laboratorio Experimental de Arrecifes

Una herramienta para simular las condiciones dinámicas futuras de los organismos de los arrecifes contemporáneos

DESPLÁCESE PARA SABER MÁS

Quiénes somos

El Laboratorio Experimental de Arrecifes (ERL) de la Universidad de Miami fue diseñado y construido por el AOML y el Instituto Cooperativo de Ciencias Marinas y Atmosféricas (CIMAS) con el fin de manipular con precisión la temperatura y el pH para reflejar las condiciones previstas del océano. Gracias a la tecnología construida a medida, las condiciones pueden controlarse con una precisión hasta un orden de magnitud superior a la de otros sistemas contemporáneos. El laboratorio cuenta con 16 sistemas de acuarios completamente independientes que pueden programarse para modificar el pH, la temperatura y la luz. Una de las características únicas del laboratorio es el sistema de registro y control totalmente automatizado, que facilita la manipulación en tiempo real de los niveles dinámicos de temperatura, pH y/o tratamientos de luz.

| Ian Enochs, Ph.D.

Investigador principal

| Michael Studivan

Investigador principal

| Graham Kolodziej

Director de laboratorio

| Ana Palacio

PostDoc

| Michael Jankulak

Gestor de datos

| Albert Boyd

Química del carbonato de coral

Nash Soderberg

Asistente de investigación

| Allyson DeMerlis

Estudiante de doctorado

| Patrick Kiel

Becario de ACCRETE

Hannah Babbitz

Estudiante de Máster

Noticias principales

Los sedimentos son los probables responsables de la propagación de una enfermedad mortal en los arrecifes de coral de Florida, según un estudio

MIAMI-Un nuevo estudio ha descubierto que los sedimentos del fondo marino tienen el potencial de transmitir un patógeno mortal a los corales locales y plantea la hipótesis de que los sedimentos han desempeñado un papel en la persistencia de un devastador brote de la enfermedad del coral en toda Florida y el Caribe.

MIAMI-Un nuevo estudio ha descubierto que los sedimentos del fondo marino tienen el potencial de transmitir un patógeno mortal a los corales locales y plantea la hipótesis de que los sedimentos han desempeñado un papel en la persistencia de un devastador brote de la enfermedad del coral en toda Florida y el Caribe.

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Puede ser difícil mantenerse optimista como biólogo marino, sobre todo con la avalancha de amenazas existenciales como el cambio climático que afronta el planeta. Los arrecifes de coral son posiblemente el ecosistema que más puede perder con el cambio climático, sobre todo porque los organismos residentes son muy sensibles a las altas temperaturas. Además, la propia estructura de los arrecifes basados en la piedra caliza está disminuyendo ante nuestros ojos debido al aumento de los niveles de dióxido de carbono (que disminuye el pH oceánico, lo que conduce a la acidificación del océano). Dicho esto, hay corales que demuestran su capacidad de recuperación y siguen prosperando en hábitats que parecen decididamente marginales incluso para el ojo inexperto.
Imagen destacada de la noticia del Simposio Internacional sobre Arrecifes de Coral 2021
Ian Enochs, fotografiado con su esposa e hijo, galardonado con la Medalla de Plata del DOC.
Enfermedad de los Corales de Florida Abril 2018

Visita virtual

Laboratorio de escaneo 3D

El grupo del Laboratorio Experimental de Arrecifes dispone de dos escáneres CT de alta tecnología para ayudar a la investigación de los corales. Con esta tecnología, podemos rastrear:

  • Cómo crecen los corales a lo largo del tiempo observando su superficie
  • Bioerosión y respuestas al estrés
  • Respuesta al cambio a nivel de arrecife cosiendo mosaicos de coral
Escáner 3D

El escáner 3D del AOML permite a los científicos medir el crecimiento de la superficie. Con esta tecnología podemos observar el crecimiento de los corales en escalas de tiempo decenales.

Mosaicos de Arrecife

Las capacidades de exploración del AOML se extienden a la escala de los arrecifes con imágenes de mosaico de arrecifes. Todo es digital, lo que significa que los científicos pueden ver fácilmente los cambios y la respuesta al estrés a nivel de organismo.

Micro escáner

El escáner Micro CT del AOML observa los corales a microescala con escaneos individuales para que los científicos puedan detectar los cambios a nivel de organismo.

Imaginado y construido en 3D

Sistemas de tanques independientes construidos a medida con impresoras 3D

Ver en SketchFab

Sistema de registro y control automatizado

Una de las características únicas del laboratorio es el sistema de registro y control totalmente automatizado, que facilita la manipulación en tiempo real de los niveles dinámicos de temperatura, pH y/o tratamientos de luz. Los científicos han utilizado el sistema del Laboratorio Experimental de Arrecifes para estudiar cómo ciertos genotipos de corales pueden ser más resistentes al estrés por temperatura, cómo las fluctuaciones diarias del pH mejoran el crecimiento de los corales y cómo la acidificación de los océanos provocará una erosión acelerada de los arrecifes.

Un tanque controlado independientemente que contiene coral cuerno de ciervo(Acropora cervicornis) para un experimento.

Diseño del sistema de tanques para la automatización, el control preciso de la temperatura y el pH, la replicación y la independencia estadística.

Agua de mar semirreciclada para la independencia estadística y la automatización en tiempo real.

Sistema ligero de tanques.

Retroalimentación en tiempo real mediante sondas de pH de estado sólido.

Información en tiempo real mediante el uso de sistemas de comunicación.

Impulsar la ciencia innovadora

Con diseño experimental

La División de Química Oceánica y Ecosistemas del AOML ha adoptado un enfoque visionario para responder a nuestras preguntas más apremiantes sobre la salud de los arrecifes de coral, saliendo de la ciencia y adoptando nuevas tecnologías para diseñar soluciones internas. Este laboratorio se construyó con materiales y tecnología propios del Laboratorio de Fabricación y Diseño Avanzados. Visite la página del laboratorio.

Imagen que muestra la luz ultravioleta sobre los tanques que contienen Acropora Cervicornis en el Laboratorio Experimental de Arrecifes.
Erosión de los arrecifes en océanos acidificados

Los bioerodores y los organismos calcificadores pueden tener un impacto significativo en los arrecifes de coral, especialmente bajo condiciones climáticas cambiantes. Gracias a las cámaras de incubación diseñadas y construidas en el Laboratorio de Fabricación y Diseño Avanzado del AOML, los científicos pueden medir directamente las tasas de calcificación/disolución a corto plazo de diversos organismos calcificadores y bioerodadores. La alcalinidad del agua de mar cambia en función de la cantidad de calcificación/disolución que se produce a lo largo de un período de incubación. Esto significa que al analizar la química del agua de mar al principio y al final de una incubación, utilizan el cambio en la alcalinidad total para medir la calcificación/disolución que se produjo durante ese período. Además, la cámara superior puede intercambiarse con una cámara oscura para cuantificar aún más las tasas de calcificación/disolución diurnas frente a las nocturnas. Estas cámaras se han utilizado con éxito con múltiples organismos de arrecife, incluidos corales (Orbicella faveolata), sustrato de algas endolíticas y esponjas bioerodantes (Cliona delitrix y Pione lampa).

Muestreadores automáticos de agua subterránea

Un muestreador de agua dual automatizado bajo la superficie (SAS) para tomar muestras de agua y analizar los cambios en la química de los carbonatos en los arrecifes de coral a escalas temporales y espaciales más finas. Para saber más sobre este proyecto, visite su página aquí.

Los muestreadores de agua automatizados bajo la superficie permiten a los científicos detectar variaciones matizadas en el arrecife en determinados momentos para comprender mejor el ecosistema. Sigue leyendo para visitar la entrada del blog o construye el tuyo con las instrucciones que aparecen a continuación.

Métodos para hacer frente a las enfermedades de los corales

Los arrecifes de coral de Florida están experimentando actualmente una mortandad plurianual de corales. Esta mortandad está relacionada con enfermedades y ha afectado a 21 especies de corales, entre las que se encuentran especies en peligro de extinción y corales primarios constructores de arrecifes. Estas enfermedades provocan pérdidas de tejido que afectan a toda una colonia de coral. Este fenómeno se observó por primera vez en 2014 en Cayo Virginia, y desde entonces se ha trasladado a los Cayos Bajos de Florida. Dada la rápida propagación y la mortalidad generalizada, es imperativo encontrar soluciones y minimizar el daño a nuestros arrecifes de coral.

En mayo de 2018, un experimento con la Universidad de Miami aplicó luz UVC a corales enfermos y posteriormente monitoreó la progresión de la enfermedad. Se recogieron diez colonias madre de dos especies (cuatro Pseudodiploria strigosa, seis Colpophyllia natans) en tres sitios de Cheeca Rocks. Los corales se transportaron al Laboratorio Experimental de Arrecifes, donde se dividieron en fragmentos con un fino margen de tejido enfermo en un extremo. Se diseñó y construyó un dispositivo de dosificación de UVC a medida en el Laboratorio de Fabricación y Diseño Avanzado del AOML que suministró una dosis medida de 7100 microvatios cm-2 a las colonias de coral sumergidas.

Comprender la erosión de los arrecifes en los océanos acidificados

Los bioerodores y los organismos calcificadores pueden tener un impacto significativo en los arrecifes de coral, especialmente bajo condiciones climáticas cambiantes. Gracias a las cámaras de incubación diseñadas y construidas en el Laboratorio de Fabricación y Diseño Avanzado del AOML, los científicos pueden medir directamente las tasas de calcificación/disolución a corto plazo de diversos organismos calcificadores y bioerodadores. La alcalinidad del agua de mar cambia en función de la cantidad de calcificación/disolución que se produce a lo largo de un período de incubación. Esto significa que analizando la química del agua de mar al principio y al final de una incubación, el cambio en la alcalinidad total puede utilizarse para medir la calcificación/disolución que se produjo durante ese período. Además, la cámara superior puede intercambiarse con una cámara oscura para cuantificar aún más las tasas de calcificación/disolución diurnas frente a las nocturnas. Estas cámaras se han utilizado con éxito con múltiples organismos de arrecife, incluyendo corales(Orbicella faveolata), sustrato de algas endolíticas y esponjas bioerodantes(Cliona delitrix y Pione lampa). Ver imagen

Métodos para investigar la transmisión de enfermedades del coral

Los arrecifes de coral de Florida están experimentando actualmente una mortandad plurianual de corales debida a una nueva enfermedad llamada Enfermedad de Pérdida de Tejido de Coral Pétreo (SCTLD). Esta mortandad ha afectado a 21 especies de corales escleractinios, entre las que se encuentran especies en peligro de extinción y corales primarios constructores de arrecifes. Esta enfermedad provoca pérdidas de tejido que pueden extenderse rápidamente por toda una colonia de coral. Este fenómeno se observó por primera vez en 2014 en Cayo Virginia, y desde entonces se ha trasladado a los Cayos Bajos de Florida y al Gran Caribe. Dada la rápida propagación y la mortalidad generalizada, es imperativo encontrar soluciones y minimizar el daño a nuestros arrecifes de coral.

Los científicos que investigan en el ERL han desarrollado un sistema diseñado para albergar experimentos de transmisión de enfermedades de los corales. El control preciso de la temperatura se consigue regulando el agua alrededor de las cámaras, y un sistema de colectores de agua de mar dirige el agua de mar dulce a cada unidad. Cada cámara es completamente independiente de las demás, por lo que este sistema permite un grado de replicación poco frecuente en los experimentos sobre enfermedades de los corales. Ver imagen

Evaluación de la resistencia genotípica de las especies de coral en peligro crítico

Diseño en CAD del sistema de Evaluación Rápida del Crecimiento Neto del Coral (CRANG) para la evaluación rápida del rendimiento del genotipo del coral. El sistema incluye la medición en tiempo real del pH, el oxígeno disuelto y la temperatura, y automatiza la toma de muestras de agua para el análisis químico de los carbonatos. Ver imagen

Tratamientos de temperatura variable para mejorar la tolerancia de los corales al estrés térmico

Para investigar los métodos aplicados para la restauración de corales, se recogieron genotipos de coral cuerno de ciervo de Florida(Acropora cervicornis) en el vivero de corales in situ de la Universidad de Miami Rescue a Reef y se llevaron al ERL para aplicar un tratamiento de temperatura variable a largo plazo utilizando el sistema de tanques automatizado y controlado de forma independiente. Tras el tratamiento de temperatura de tres meses, los fragmentos de coral se sometieron a un ensayo de estrés térmico a 32 ºC para evaluar la eficacia del tratamiento previo de temperatura variable en la mejora de su resistencia térmica. Los investigadores descubrieron que este tratamiento previo sí mejoraba su tolerancia térmica, permitiendo a los corales persistir mucho más tiempo en el ensayo de estrés térmico que sus homólogos de control. Además, los corales que habían sido tratados con temperatura eran más propensos a sucumbir a la decoloración, mientras que los corales no tratados sucumbían más rápidamente a la pérdida rápida de tejido y a la necrosis. Los resultados de este experimento indican que el endurecimiento por estrés térmico es eficaz para los corales cuerno de ciervo, pero es necesario realizar más experimentos para saber cuánto tiempo se mantiene esta resistencia térmica. Ver Imagen de fragmentos de coral cuerno de ciervo introducidos en el ensayo de estrés térmico a 32 ºC después de su tratamiento de temperatura variable de tres meses para observar si el tratamiento previo mejoró su tolerancia térmica. Ver Imagen de las mediciones de la temperatura media tomadas a intervalos de 15 minutos durante el régimen de temperatura variable de tres meses, demostrando las capacidades del sistema automatizado de monitorización de la temperatura a lo largo del tiempo. Las barras de error representan el error estándar de la media.

Somos los principales guardianes de un océano más limpio, sano y sostenible.

Utilizamos técnicas de vanguardia para medir el crecimiento y la calcificación del coral. Este vídeo muestra cómo podemos ensamblar cientos de imágenes de rayos X en un modelo 3D de un coral cuerno de ciervo en peligro de extinción. Este tipo de análisis nos permite observar la densidad del esqueleto, la estructura y el crecimiento del coral con gran detalle. Estos aspectos del coral se verán influenciados por la acidificación del océano y son características importantes a tener en cuenta a la hora de establecer estrategias de gestión y restauración.

Publicación destacada

Resistencia a la decoloración anual de los corales de un arrecife costero en los Cayos de Florida: ¿Una esperanza, una aberración o el último hombre en pie?

Se prevé que los eventos anuales de blanqueamiento del coral, que se prevé que ocurran ya en la próxima década en los Cayos de Florida, causen una mortalidad catastrófica del coral. A pesar de ello, hay pocos datos de campo sobre cómo responden las comunidades coralinas del Caribe a los eventos anuales de estrés térmico. En Cheeca Rocks, un arrecife de parche costero cerca de Islamorada, FL, se siguió el estado de 4234 colonias de coral durante 2 años de blanqueamiento posterior en 2014 y 2015, los dos veranos más calurosos registrados en los Cayos de Florida. En 2014, este sitio experimentó semanas de calentamiento de 7,7 grados (DHW) y, como resultado, el 38,0% de los corales se blanquearon y un 36,6% adicional estaba pálido o parcialmente blanqueado. Las temperaturas in situ en el verano de 2015 fueron aún más cálidas, y el sitio experimentó 9,5 DHW. A pesar del aumento del estrés térmico en 2015, solo el 12,1% de los corales se blanquearon en 2015, lo que supuso 3,1 veces menos que en 2014.

La mortalidad parcial se redujo del 17,6% de los corales estudiados al 4,3% entre 2014 y 2015, y la mortalidad total de las colonias disminuyó del 3,4 al 1,9% entre los años. La mortalidad total de las colonias fue baja durante los dos años de blanqueamiento del coral, ya que el 94,7% de las colonias sobrevivieron entre 2014 y 2016. La reducción de la gravedad del blanqueamiento y de la mortalidad de los corales asociada a una segunda anomalía térmica más fuerte proporciona pruebas de que la respuesta de las comunidades coralinas del Caribe al blanqueamiento anual no es estrictamente dependiente de la dosis de temperatura y que las respuestas de aclimatación pueden ser posibles incluso con períodos de recuperación cortos. Si los resultados de Cheeca Rocks representan una aberración o un verdadero potencial de resiliencia es objeto de investigaciones en curso.

Mosaico de arrecifes, arrecife blanqueado (transecto 1) mostrado el 9 de octubre. Crédito de la foto, NOAA.Arrecife blanqueado (9 de octubre)
Arrecife recuperado mostrado el 6 de noviembre (transecto 1) Crédito de la foto, NOAA.Arrecife recuperado (6 de noviembre)

Gintert, B. E., Manzello, D. P., Enochs, I. C., Kolodziej, G., Carlton, R., Gleason, A. C., & Gracias, N. (2018). Resiliencia anual marcada de blanqueo de coral de un arrecife de parche costero en los Cayos de Florida: ¿Una pepita de esperanza, una aberración o el último hombre en pie? Arrecifes de coral, 1-15.