Genómica: conocimiento

¿Qué es el cambio climático?

Desde el comienzo de la revolución industrial que comenzó hace más de doscientos años, la concentración de dióxido de carbono (CO2) y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera ha aumentado debido a acciones humanas como la quema de combustibles fósiles (p. ej., las emisiones de automóviles) y el cambio en el uso del suelo (p. ej., deforestación). Esto conduce al cambio climático: el calentamiento de la atmósfera y el océano.

¿Cómo afecta el cambio climático al océano?

El océano y el clima están estrechamente vinculados. Cuando el agua del mar absorbe estos gases se producen cambios en la temperatura del agua, la acidificación del océano y la desoxigenación, los cuales tienen un impacto enorme en el océano y en las criaturas que viven en él. Los océanos absorben alrededor del 30 % del dióxido de carbono (CO2). Como las emisiones de gases de efecto invernadero han aumentado drásticamente durante la década pasada, la cantidad de absorción de dióxido de carbono (CO2) y su consecuente disolución en los océanos también ha aumentado. Esto hace que las aguas oceánicas pasen por una serie de reacciones químicas conocidas como acidificación del océano que hace que los iones de carbonato disminuyan, los iones de hidrógeno aumenten y el océano se vuelva más ácido. Los corales y las ostras combinan iones de carbonato y calcio para construir y mantener las conchas duras. Cuando la acidificación impacta los océanos, estos organismos se ven amenazados y en condiciones adversas, y sus conchas se disuelven y mueren.

¿Qué nos dice el genoma del coral?

La historia evolutiva de un organismo se puede rastrear mediante el estudio de su genoma: el ADN y las moléculas de ARN codificadas por genes. Bhattacharya et al. realizaron el análisis de veinte especies de coral pétreo y compararon las secuencias de genoma y ARN que se obtuvieron con los genomas de otros organismos marinos afines, como las anémonas de mar y las esponjas, conocidos como corales blandos. Este análisis identificó los genes de los corales que codifican las proteínas responsables de la construcción de sus conchas. La mayoría de las estructuras que identificamos como corales están formadas por diminutas criaturas de coral llamadas pólipos. Los arrecifes de coral están formados por pólipos de coral, ya que secretan capas de carbonato de calcio debajo de sus cuerpos. El genoma del coral también codifica una red de sensores ambientales que coordinan cómo los pólipos responden a la temperatura, la luz y la acidez. Utilizando sofisticadas técnicas de laboratorio, por primera vez, los científicos de la Universidad de Rutgers han estudiado las interacciones espaciales de las proteínas incrustadas dentro del esqueleto de Stylophora pistillata, un coral pétreo^[1].

(...) El genoma del coral también codifica una red de sensores ambientales que coordinan cómo los pólipos responden a la temperatura, la luz y la acidez.

Estos arreglos espaciales muestran claramente que las interacciones proteína-proteína en los esqueletos de coral están altamente coordinadas y son claves para comprender la formación y persistencia de los esqueletos de coral a través del tiempo.

¿Cómo el cambio climático afecta a los corales?

Los colores que se encuentran en los corales de colores se deben principalmente a tres cosas: pigmentos fotosintéticos, proteínas fluorescentes y cromoproteínas no fluorescentes. Los corales son brillantes y coloridos debido a las algas microscópicas llamadas zooxantelas. Las zooxantelas viven dentro del coral y mantienen una relación mutuamente beneficiosa, ayudándose unos a otros a sobrevivir. Las algas zooxantelas absorben la luz solar al igual que las plantas y la convierten en energía para proveer nutrientes esenciales a los corales. A cambio, los corales brindan refugio a las zooxantelas y les dan un lugar para vivir en los tejidos de sus cuerpos. Pero cuando el ambiente del océano cambia, por ejemplo cuando se calienta demasiado, el coral se tensa y expulsa las algas. A medida que las algas se van, el coral se desvanece hasta que parece que se ha blanqueado y el proceso se denomina "blanqueamiento del coral". Si la temperatura se mantiene alta, el coral no dejará que las algas regresen y el coral morirá.

Al mismo tiempo, el océano absorbe el exceso de dióxido de carbono de la atmósfera terrestre, lo que hace que se vuelva más ácido. La acidificación ralentiza la velocidad a la que los corales generan carbonato de calcio para producir sus conchas duras.

¿Qué hacen los corales para resistir el cambio climático?

Los corales responden al cambio climático a través de un proceso llamado biomineralización. Al igual que nuestros huesos, los biominerales son los que forman los esqueletos, las conchas y las partes duras del coral. Poseen la información clave sobre el ambiente que los rodea. El coral segrega un biomineral hecho de un mineral de carbonato llamado aragonito^[5]. Los científicos de Rutgers han descubierto que varias proteínas trabajan juntas para crear condiciones óptimas para la biomineralización en el esqueleto de los corales. Los patrones espaciales bien organizados de estas proteínas ayudan eficazmente a la formación de nuevos minerales entre el tejido vivo y la estructura esquelética más antigua, lo que da como resultado conchas duras como una roca que son resistentes al cambio climático. Si bien es cierto que los corales pierden carbonato de calcio en un ambiente más ácido, estos mantienen la capacidad de volver a regenerar ese esqueleto con la ayuda de estas proteínas organizadas espacialmente.

¿Qué depara el futuro para los ecosistemas marinos de los arrecifes de coral?

El calentamiento de los océanos amenaza con acabar con el ecosistema de los arrecifes de coral, pero los científicos intentan proteger los arrecifes naturalmente resistentes y dar vida a otros corales para que vuelvan a estar sanos. Mediante el análisis genómico, estos corales que tienen genes resistentes al clima pueden identificarse y utilizarse para la reproducción selectiva^[4]. Los corales pueden fragmentarse y plantarse en arrecifes de todo el mundo^[4]. Se puede lograr la recombinación sexual de estos corales resistentes con otras poblaciones de corales, con lo que se hace que las otras especies también sean más resistentes al cambio climático^[2]. Se debe emplear la conservación de arrecifes en lugares fríos y calientes con diferentes especies de coral para proteger la diversidad de los hábitats. Al usar la genómica, podemos encontrar qué corales son tolerantes a vivir a altas temperaturas y resistir el blanqueamiento y encontrar las variantes genéticas asociadas con la resiliencia climática^[7].

(...) Mediante el análisis genómico, estos corales que tienen genes resistentes al clima se pueden identificar y utilizar para la reproducción selectiva.