Expedición científica brinda hallazgos sin precedentes en los arrecifes coralinos del Pacífico 

David A. Paz-García (Cibnor)

Los arrecifes coralinos juegan un papel clave para la vida en el océano; estos ecosistemas marinos proporcionan el hogar y alimento a una gran diversidad de especies, además de brindar ingresos económicos a muchas familias que dependen de ellos. A pesar de su importancia, los arrecifes coralinos se encuentran enfrentando múltiples amenazas como la sobrepesca, el desarrollo desmedido de la zona costera, la descarga de aguas residuales, entre otros efectos de estrés ambiental, ocasionados por el cambio climático.

A casi 200 años después de que Charles Darwin se embarcara en una expedición que cambiaría la forma en que los científicos y la sociedad entendían la vida y sentaría las bases del mecanismo biológico de selección natural, el origen de las especies y la evolución, científicos de diversas partes del mundo organizaron una expedición similar a través del océano Pacífico, con el fin de tener una mejor comprensión de la biodiversidad de los arrecifes coralinos y entender cómo estos ecosistemas enfrentan el cambio climático.

Esta expedición científica llamada Tara Pacific tuvo una duración de dos años ─entre 2016 y 2018─; en ella participaron 70 científicos de 23 instituciones de investigación de ocho países, incluido el autor, en calidad de investigador en diversidad genómica de arrecifes coralinos del Cibnor en México (Figura 1).

Ruta de la expedición Tara Pacific y los sitios incluidos en el estudio; el color indica el promedio anual de temperatura superficial del mar (imagen del artículo Planes et al. 2019).

Para poder realizar esta investigación integral y novedosa, se requirieron dos años de planeación y preparación de la expedición, dos años de viaje en barco y, finalmente, seis años de análisis de las muestras por el grupo de científicos. Como resultado de este enorme esfuerzo de investigación, el 1 de junio de 2023 se publicaron ocho artículos científicos de la editorial Springer Nature en revistas reconocidas como Nature Communications, Scientific Data y Genome Biology (https://www.nature.com/collections/adgaiffggg).

Estos estudios utilizaron diferentes herramientas moleculares de vanguardia (conocidas como ómicas) para el estudio de su biodiversidad, que incluyó más de 58 mil muestras, obtención de datos genéticos equivalentes a 50 mil genomas humanos y cerca de tres millones de secuencias de microorganismos (bacterias) provenientes de corales, peces y plancton de 99 arrecifes en 32 islas del océano Pacífico, donde existen alrededor del 80% de los corales del mundo. Cabe destacar que diferentes estudios se encuentran en progreso actualmente. En la figura 2 se muestran los métodos empleados en la expedición.

Métodos empleados en el estudio de los arrecifes en la expedición de Tara Pacific. 1) Monitoreo y recolecta de muestras de coral. 2) Toma de muestras de peces. 3) Toma de muestras de núcleo de coral. 4) Toma de muestras para microbioma. 5) Muestras de agua. 6) Muestras de agua para estudios biogeoquímicos. 7) Muestras para plancton (imagen del artículo Lombard et al. 2023).

Como resultado de la expedición Tara Pacific, se descubrió una gran diversidad de microorganismos asociados a los arrecifes (Galand et al. 2023) y se identificaron más de 550 mil variedades de bacterias. Esta diversidad sin precedentes en el estudio de solo 99 arrecifes equivale a un 20% del número total de microorganismos estimados actualmente para toda la Tierra (2.72 a 5.44 millones de variantes).

De acuerdo con las estimaciones, la diversidad de microorganismos en los arrecifes a nivel mundial sería de 2.8 millones de variantes, lo que indicaría que la biodiversidad de microorganismos existente es mucho mayor a lo que se había pensado. Además, esta enorme diversidad de microorganismos confiere a las diferentes especies de corales asociaciones específicas para sobrevivir a las condiciones ambientales y mantener la salud de los arrecifes.

Por su parte, otro estudio que incluyó la información de expresión de genes (Armstrong et al. 2023) demostró que los corales que tienen una vida larga (género Porites) poseen una fisiología resistente ante los cambios ambientales, mientras que otras especies de corales (géneros Pocillopora y Milleropora) gozan de una mayor susceptibilidad a los cambios ambientales debido a la co-adaptación con sus microalgas simbiontes ante su entorno.

Como parte de los hallazgos de la expedición, otro estudio (Rouan et al. 2023) investigó la asociación de la longitud de los cromosomas en el ADN (telómeros) y las condiciones ambientales del océano. Se encontró que la diferencia en la longitud en el ADN estuvo relacionada con cambios históricos y estacionales de la temperatura.

Estos hallazgos en su conjunto sugieren que las condiciones ambientales están fuertemente relacionadas con la sobrevivencia de los arrecifes coralinos, afectando de manera drástica la expresión de genes, longitud de cromosomas (telómeros) y diversidad de microorganismos que determinan la salud y biodiversidad de estos ecosistemas altamente sensibles ante el cambio climático.

Referencias

Armstrong, E.J., Lê-Hoang, J., Carradec, Q. et al. Host transcriptomic plasticity and photosymbiotic fidelity underpin Pocillopora acclimatization across thermal regimes in the Pacific Ocean. Nat Commun 14, 3056 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38610-6

Belser, C., Poulain, J., Labadie, K. et al. Integrative omics framework for characterization of coral reef ecosystems from the Tara Pacific expedition. Sci Data 10, 326 (2023). https://doi.org/10.1038/s41597-023-02204-0

Galand, P.E., Ruscheweyh, HJ., Salazar, G. et al. Diversity of the Pacific Ocean coral reef microbiome. Nat Commun 14, 3039 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38500-x

Hochart, C., Paoli, L., Ruscheweyh, HJ. et al. Ecology of Endozoicomonadaceae in three coral genera across the Pacific Ocean. Nat Commun 14, 3037 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38502-9

Lombard, F., Bourdin, G., Pesant, S. et al. Open science resources from the Tara Pacific expedition across coral reef and surface ocean ecosystems. Sci Data 10, 324 (2023). https://doi.org/10.1038/s41597-022-01757-w

Planes, S., Allemand, D. Insights and achievements from the Tara Pacific expedition. Nat Commun 14, 3131 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38896-6

Planes S, Allemand D, Agostini S, Banaigs B, Boissin E, Boss E, et al. (2019) The Tara Pacific expedition—A pan-ecosystemic approach of the “-omics” complexity of coral reef holobionts across the Pacific Ocean. PLoS Biol 17(9): e3000483. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000483

Rouan, A., Pousse, M., Djerbi, N. et al. Telomere DNA length regulation is influenced by seasonal temperature differences in short-lived but not in long-lived reef-building corals. Nat Commun 14, 3038 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38499-1

Autor

El doctor David A. Paz García utiliza herramientas moleculares de vanguardia para realizar investigación sobre la biodiversidad y cómo los organismos se enfrentan al cambio climático en los ecosistemas marinos, particularmente, en arrecifes coralinos. Es investigador titular A en el Programa de Planeación Ambiental y Conservación en el Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (Cibnor). La Paz, Baja California Sur, México.

Crédito de las ilustraciones

Imágenes proporcionadas por el autor.

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