Lunes 05/06/2017.

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Estudio del MIT

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Los corales agitan el agua para captar nutrientes y gases

  • Los corales tienen cilios, pequeños apéndices filiformes que pueden empujar el agua a lo largo de la superficie de coral.
  • Los investigadores mostraron que los corales usan sus cilios para mejorar activamente el intercambio de moléculas disueltas.
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Los corales están lejos de ser pasivos. Controlan su entorno agitando el agua en patrones turbulentos para mejorar su capacidad para intercambiar nutrientes y gases disueltos con su entorno.

"Estos procesos microambientales no sólo son importantes sino también inesperados", afirma Roman Stocker, profesor asociado de Ingeniería Civil y Ambiental en el MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts) y autor principal de un artículo que describe el hallazgo en 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.

La sabiduría convencional ha sostenido durante mucho tiempo que los corales, cuyos esqueletos de carbonato cálcico forman la base de los arrecifes de coral, son organismos pasivos que dependen por completo de las corrientes oceánicas para captar sustancias disueltas, como nutrientes y oxígeno, informa el MIT.

Cuando el equipo creó su experimento con corales vivos en tanques en el laboratorio, esperaban que fuera un suave micromundo, que no hubiera mucha acción, excepto el flujo externo, relata Stocker. En su lugar, lo que encontraron al fijarse en la superficie de coral con poderosos microscopios y cámaras de vídeo de alta velocidad fue todo lo contrario: el milímetro más cercano a la superficie de los corales, es muy violento.

Desde hace tiempo se sabe que los corales tienen cilios, pequeños apéndices filiformes que pueden empujar el agua a lo largo de la superficie de coral, pero anteriormente se supuso que estas corrientes se movían en paralelo a la superficie de coral, en forma de cinta transportadora.

Ese suave movimiento puede ayudar a los corales a eliminar sedimentos, pero podría tener poco efecto sobre el intercambio de nutrientes disueltos. Ahora Stocker y sus colegas muestran que los cilios en la superficie de los corales están dispuestos de tal manera que provocan fuertes remolinos de agua que atraen los nutrientes hacia el coral, mientras que alejan los productos de desecho potencialmente tóxicos, como el exceso de oxígeno.

"La idea general ha sido que los corales son completamente dependientes del flujo ambiental, las mareas y la turbulencia, lo que les permite superar limitaciones de la difusión y facilitar el suministro eficiente de nutrientes y la eliminación de productos de desecho disueltos", señala Orr Shapiro, postdoctorado de WIS y coprimer autor del artículo, que pasó un año en el laboratorio de Stocker haciendo estas observaciones.

En este escenario, las colonias en las partes protegidas de un arrecife o con marea suave verían poco movimiento del agua y podrían experimentar una severa limitación de nutrientes o una acumulación de residuos tóxicos hasta el punto de poner en peligro su supervivencia. "Incluso la forma del coral puede ser problemática" bajo ese escenario pasivo, resalta Vicente Fernández, postdocorado del MIT y coprimer autor del trabajo.

Aumento de la fotosíntesis y la respiración

Las estructuras de coral son a menudo "arborescentes, con una estructura profundamente ramificada que bloquea una parte del flujo externo, por lo que la cantidad de agua nueva que pasa por el centro es muy baja". El enfoque de estos expertos de observar los corales con vídeo microscópico y analizar las imágenes con avanzada tecnología cambió este paradigma.

Con su método, estos investigadores mostraron que los corales usan sus cilios para mejorar activamente el intercambio de moléculas disueltas, lo que les permite mantener mayores tasas de fotosíntesis y respiración, incluso con un ambiente de flujo bajo cercano al cero.

Los autores analizaron seis especies diferentes de arrecifes de coral, viendo que todos comparten la capacidad de inducir los turbulentos flujos complejos que les rodean. "Aunque esto aún no prueba que todos los arrecifes de coral hacen lo mismo -apunta Shapiro - parece que la mayoría, si no todos, tienen los cilios para crear estos flujos. El mantenimiento de los cilios a través de 400 millones de años de evolución sugiere que los arrecifes de coral extraen una ventaja sustancial" de estos flujos.

Los hallazgos cambian la forma en la que percibimos la superficie de los arrecifes de coral; la visión existente de una capa estancada ha sido reemplazada por una de un entorno dinámico, que se agita activamente. Esto será importante para las interacciones de los microorganismos marinos con las colonias de coral, un tema que atrae mucho la atención debido a un aumento global de las enfermedades de los corales y por la degradación de los arrecifes en las últimas décadas.

Además de iluminar cómo funcionan los arrecifes de coral, lo que podría ayudar a predecir mejor su salud frente al cambio climático, esta investigación podría tener implicaciones en otros campos, sugiere Stocker, ya que los cilios están presentes en organismos más complejos, como el interior de las vías respiratorias humanas, donde ayudan a eliminar contaminantes.

Pero estos procesos son difíciles de estudiar porque los cilios son internos. "Es raro que se dé una situación en la que se vean los cilios en el exterior de un animal", apunta Stocker. Así, los corales podrían proporcionar un modelo general para entender los procesos ciliares relacionados con la enfermedad.

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