Restauración y resiliencia de los corales

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Los arrecifes de coral están siendo dañados por el cambio climático, la contaminación, los encallamientos y las enfermedades. La cubierta de coral está disminuyendo en todo el mundo y la degradación ecológica generalizada ha afectado a la estructura, la función y los servicios que proporcionan los ecosistemas de los arrecifes. Para empezar a abordar esta cuestión, los profesionales de la restauración de arrecifes están cultivando y trasplantando corales en arrecifes degradados a una escala que nunca antes se había intentado. El AOML de la NOAA pretende aumentar la eficiencia y la eficacia de estos esfuerzos para garantizar que los arrecifes persistan durante generaciones.

Nuestra investigación sobre la restauración tiene tres temas principales: 1. Identificación de especies de coral resistentes que puedan soportar condiciones ambientales difíciles, 2. Endurecimiento de los corales para que estén mejor preparados para un entorno subóptimo, y 3. Desarrollo de herramientas para una restauración más eficaz. Desarrollo de herramientas para una restauración más eficiente y eficaz.

| Ian Enochs, Ph.D.

Investigador principal

| Michael Studivan, Ph.D.

Asistente Científico

| Dra. Ana Palacio

Asistente Científico

| Nash Soderberg

Asociado de investigación

| Allyson DeMerlis

Candidato a doctor

| Patrick Kiel

Candidato a doctor

Noticias principales

Becarios del AOML se sumergen en la extracción de ADN y el procesamiento de muestras de coral para análisis ómicos 

Apenas unas semanas después del comienzo del verano, los becarios del Programa Coral Lorelei Ing, Taylor Gill, Zachary Zagon y Kenzie Cooke han trabajado duro procesando muestras de coral y realizando extracciones de ADN para preparar análisis ómicos que ayudarán a comprender mejor cómo la estructura genética de los corales influye en su resistencia a los factores de estrés ambiental. El Programa de Corales forma parte de la División de Química Oceánica y Ecosistemas (OCED) del Laboratorio Oceanográfico y Meteorológico del Atlántico (AOML) de la NOAA.

Apenas unas semanas después del comienzo del verano, los becarios del Programa Coral Lorelei Ing, Taylor Gill, Zachary Zagon y Kenzie Cooke han trabajado duro procesando muestras de coral y realizando extracciones de ADN para preparar análisis ómicos que ayudarán a comprender mejor cómo la estructura genética de los corales influye en su resistencia a los factores de estrés ambiental. El Programa de Corales forma parte de la División de Química Oceánica y Ecosistemas (OCED) del Laboratorio Oceanográfico y Meteorológico del Atlántico (AOML) de la NOAA.

Leer más noticias

Un colorido arrecife de coral con peces de rayas negras y amarillas
Variantes genéticas del coral Acropora cervicornis vinculadas a una mayor resistencia al estrés por nutrientes y al calor
Dos buzos mueven un coral cerebral bajo el agua como parte de una operación de rescate
Fragmentos de coral cuerno de ciervo para el experimento de estrés térmico

Repercusiones de la investigación y conclusiones principales

Corales que endurecen el estrés

El calentamiento global sigue afectando negativamente a los ecosistemas coralinos de todo el mundo. Es imperativo que los esfuerzos de restauración de los arrecifes de coral se planifiquen para unos océanos inevitablemente más cálidos y una mayor frecuencia de eventos de temperaturas extremas. El endurecimiento por estrés es un enfoque propuesto para aumentar la tolerancia térmica de los genotipos de coral que se cultivan actualmente para su restauración. La investigación sobre la resistencia al estrés térmico del Programa Coral apoyará la supervivencia de los arrecifes de coral en medio del calentamiento de las temperaturas de la superficie del mar y los eventos de blanqueamiento.

Identificación de especies de coral resistentes

La identificación de los corales resistentes para mejorar las poblaciones de los viveros ayudará a optimizar los esfuerzos de trasplante y restauración. Los corales resistentes se seleccionarán y trasplantarán en un entorno adecuado para aumentar las posibilidades de supervivencia de los arrecifes de coral. En última instancia, esto contribuirá a mitigar la disminución de las poblaciones de coral.

Desarrollo de herramientas de restauración

El Programa de Restauración y Resiliencia del AOML está desarrollando una base de datos de rasgos fenotípicos que contiene información sobre las tasas de crecimiento de los corales, la densidad del esqueleto y la supervivencia de los trasplantes. Esta base de datos será una valiosa herramienta sobre la mejor manera de maximizar los esfuerzos de restauración del coral.

Corales que endurecen el estrés

El AOML trabaja en la identificación de técnicas eficaces de endurecimiento del estrés para aumentar la resistencia de los corales al estrés térmico como medio para mejorar la supervivencia de los corales en el campo. Descubra cómo los investigadores del AOML utilizan la tecnología más avanzada del Laboratorio de Arrecifes Medioambientales para buscar vías de aumento de la resiliencia de los corales. 

Experimentos en el Laboratorio de Arrecifes Ambientales

Para investigar los métodos aplicados para la restauración de corales, se recogieron genotipos de coral cuerno de ciervo (Acropora cervicornis) de Florida en el vivero de corales in situ de la Universidad de Miami Rescue a Reef y se llevaron al Environmental Reef Lab 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.

Imagen: La Dra. Allyson DeMerlis recogiendo corales cuerno de ciervo del vivero de corales in situ de la Universidad de Miami Rescue a Reef para el experimento de endurecimiento por estrés térmico.

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Mayor tolerancia térmica

Los investigadores descubrieron que este tratamiento previo 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 menos propensos a sucumbir a la decoloración, mientras que los corales no tratados sucumbían más rápidamente a una rápida pérdida de tejido y 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.

Imagen: Fragmentos de coral cuerno de ciervo introducidos en el ensayo de estrés térmico a 32 ºC tras su tratamiento de tres meses a temperatura variable para observar si el tratamiento previo mejoraba su tolerancia térmica.

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Medición de la temperatura media

Mediciones de la temperatura media tomadas a intervalos de 15 minutos a lo largo del régimen de temperatura variable de tres meses, lo que demuestra las capacidades del sistema automatizado de control de la temperatura a lo largo del tiempo. Las barras de error representan el error estándar de la media.

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El Dr. Anderson Mayfield, Nate Formel, Nikki Besemer y la Dra. Allyson DeMerlis en octubre de 2019 durante la recolección en el campo.

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Identificar genotipos de coral resistentes

Resiliencia y resistencia a los factores de estrés ambiental

Los científicos trabajan en la identificación de genotipos de coral más resistentes a la acidificación de los océanos, a los nutrientes y al estrés térmico, así como a las enfermedades. Estas características son una parte importante de la supervivencia de los arrecifes de coral a medida que la acidificación y el calentamiento del océano empeoran. La identificación de los corales resistentes y resistentes puede servir como herramienta para mejorar los esfuerzos de restauración en la construcción de arrecifes más resistentes para el futuro.

El sistema CRANG, junto con otros diseños de código abierto, se desarrolló en el Laboratorio de Fabricación y Diseño Avanzado del AOML. Este laboratorio se creó para ser un recurso para que los científicos y colaboradores construyan y exploren nuevas tecnologías para mejorar la investigación y la recopilación de datos sobre los corales.

Imagen: Diseño asistido por ordenador(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.

Corales que persisten en condiciones únicas

Algunos genotipos de coral naturalmente resistentes dan crédito al concepto de endurecimiento por estrés. Dos sitios de estudio para el laboratorio incluyen un sitio Urbano con corales resistentes en condiciones menos que ideales, y un sitio oceánico de CO2 frente a la costa de Mayreau, en San Vicente y las Granadinas, donde el coral prospera en presencia de condiciones de pH periódicamente bajas, que el sentido común dicta que impedirían el crecimiento y la supervivencia del coral.

El Programa de Corales del AOML tiene estudios en curso en varios de estos sitios de corales urbanos para 1) caracterizar las condiciones ambientales y oceanográficas, 2) identificar las diferencias a nivel molecular entre los corales urbanos y los corales de los arrecifes naturales de alta mar, y 3) mapear los hábitats bentónicos y cuantificar la composición de la comunidad.

Imagen: Coral cerebro de un arrecife de la costa de la isla de Mayreau. Este sitio único de ventilación volcánica consistía en altas presiones parciales de dióxido de carbono (liberado por la ventilación volcánica) y condiciones de bajo pH.

Base de datos de rendimiento del genotipo del coral

La evaluación de los genotipos de coral en cuanto a su rendimiento fisiológico (por ejemplo, las tasas de crecimiento, la densidad del esqueleto y la supervivencia al trasplante) sirve de base para las decisiones de los gestores a la hora de trasplantar cohortes de coral para restaurar y mejorar los arrecifes de coral. Una base de datos de rasgos fenotípicos que incluya todos los genotipos de los viveros servirá de centro de intercambio de información para identificar corales para la selección de los trasplantes y para mejorar el crecimiento de los viveros con el fin de maximizar el éxito de la restauración de los corales y de mejorar nuestra comprensión de las características de los corales que más favorecen ese éxito en nuestros cambiantes océanos.

Visite el Centro de Coordinación de Datos de la Acropora Cervicornis, una herramienta de apoyo a la toma de decisiones creada por el Programa de Corales del Laboratorio Oceanográfico y Meteorológico del Atlántico de la NOAA para asimilar conjuntos de datos dispares de la Acropora cervicornis con el fin de identificar genotipos que alberguen fenotipos resistentes.

Laboratorio de arrecifes experimentales

Tanques del Laboratorio de Arrecifes Ambientales. Foto: NOAA.

El Laboratorio Experimental de Arrecifes está situado en el campus de Virginia Key de la Universidad de Miami, en la Escuela Rosenstiel de Ciencias Marinas y Atmosféricas. Esta instalación experimental única fue diseñada para estudiar el efecto combinado del estrés térmico y la acidificación de los océanos en los corales, de modo que los científicos puedan ver cómo responden los organismos coralinos a nivel molecular (ADN y ARN) en las condiciones actuales y en las posibles futuras.

Con la construcción de instalaciones propias como éstas, podemos colmar carencias críticas de equipamiento, aumentar la eficacia y la integridad del procesamiento de muestras y ofrecer un lugar para que socios como el Southeast Fisheries Science Center y otros colaboren en nuevos proyectos de investigación.

Publicación destacada

Portada del artículo de la revista Nature &quot;Restoration and coral adaptation delay, but do not prevent, climate-driven reef framework erosion of an inshore site in the Florida Keys&quot;.

Webb, A.E., Enochs, I.C., van Hooidonk, R. et al. Restoration and coral adaptation delay, but do not prevent, climate-driven reef framework erosion of an inshore site in the Florida Keys. Sci Rep 13, 258 (2023).

Para que la estructura del arrecife persista, es necesario que la producción de carbonato cálcico por los corales y otros calcificadores supere la pérdida debida a la erosión física, química y biológica. Este equilibrio es a la vez delicado y dinámico, y actualmente se ve amenazado por los efectos del calentamiento y la acidificación de los océanos. Aunque la protección y la recuperación de las funciones de los ecosistemas están en el centro de la mayoría de los programas de restauración y conservación, los responsables de la toma de decisiones se ven limitados por la falta de herramientas predictivas para prever la persistencia del hábitat en diferentes escenarios de emisiones. Para abordar esta cuestión, desarrollamos un enfoque de modelización, basado en los presupuestos de carbonato, que vincula las respuestas específicas de cada especie al cambio global específico de cada lugar utilizando la última generación de proyecciones de modelos climáticos (CMIP6). Aplicamos este modelo a Cheeca Rocks...

Descargar el documento completo.

Un nuevo estudio establece un marco de seguimiento para evaluar la persistencia de los arrecifes ante el cambio climático y la acidificación de los océanos

Webb, A.E., Enochs, I.C., van Hooidonk, R. et al. Restoration and coral adaptation delay, but do not prevent, climate-driven reef framework erosion of an inshore site in the Florida Keys. Sci Rep 13, 258 (2023).

Para que la estructura del arrecife persista, es necesario que la producción de carbonato cálcico por los corales y otros calcificadores supere la pérdida debida a la erosión física, química y biológica. Este equilibrio es a la vez delicado y dinámico, y actualmente se ve amenazado por los efectos del calentamiento y la acidificación de los océanos. Aunque la protección y la recuperación de las funciones de los ecosistemas están en el centro de la mayoría de los programas de restauración y conservación, los responsables de la toma de decisiones se ven limitados por la falta de herramientas predictivas para prever la persistencia del hábitat en diferentes escenarios de emisiones. Para abordar esta cuestión, desarrollamos un enfoque de modelización, basado en los presupuestos de carbonato, que vincula las respuestas específicas de cada especie al cambio global específico de cada lugar utilizando la última generación de proyecciones de modelos climáticos (CMIP6). Aplicamos este modelo a Cheeca Rocks...

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Portada del artículo de la revista Nature &quot;Restoration and coral adaptation delay, but do not prevent, climate-driven reef framework erosion of an inshore site in the Florida Keys&quot;.

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Logotipo de Rescue a Reef de la Universidad de Miami
Logotipo de CIMAS Un pez y una ola delante de una nube