Los arrecifes de coral, los exuberantes hábitats que albergan quizás una cuarta parte de las especies oceánicas, se están extinguiendo a un ritmo alarmante. Las Naciones Unidas proyectan que si las temperaturas oceánicas aumentan según lo previsto, ninguno de los 29 arrecifes que figuran como sitios del patrimonio mundial de la UNESCO aún albergarán ecosistemas funcionales para el año 2100. Estas posibilidades sombrías han estimulado a los científicos a prepararse para lo peor al pensar fuera de la caja .
Utilizando una solución anticongelante cargada de partículas de oro y láseres de descongelación rápida, un equipo con sede en Hawai ha congelado y descongelado criogénicamente larvas de coral por primera vez. El avance podría permitir que el biobanco de especies de corales conserve la diversidad en extinción de los arrecifes en todo el mundo. La criogenia también podría ayudar a los esfuerzos de restauración al mantener un stock congelado de larvas de coral, listas para repoblar arrecifes muertos o moribundos.
"Podemos congelar las larvas, podemos traerlas de regreso y están vivas", dice Mary Hagedorn, bióloga de corales del Instituto Smithsonian de Biología de la Conservación (SCBI). Señala que los próximos pasos son garantizar que los corales puedan funcionar de manera viable en un arrecife y ampliar el proceso para trabajar en un gran número de corales.
Imágenes confocales de una larva del día 3 que muestra fluorescencia de GFP (izquierda) y distribución de partículas de nanorod de oro recubiertas con DyLight que rodean la larva en crioprotector (derecha). (Instituto Smithsonian de Biología de la Conservación) Hagedorn fue coautor de una investigación publicada recientemente en Scientific Reports que detalla cómo las larvas del coral de hongo ( Fungia scutaria ) se congelaron con éxito y revivieron para desarrollarse normalmente y nadar durante hasta 12 horas. Los científicos estarían encantados si los arrecifes de coral diezmados del mundo pudieran disfrutar de un segundo acto tan exitoso.
Los arrecifes y la asombrosa biodiversidad que albergan están asediados por un clima que cambia rápidamente. Las consecuencias generalizadas, incluso para los humanos de los terratenientes, incluyen la disminución de los suministros de alimentos y la erosión destructiva de las costas pobladas. Y las principales muertes de arrecifes no son solo una cuestión de proyección, ya son una realidad. Un evento masivo de blanqueo de corales en 2014-17 estresó al 75 por ciento de los arrecifes del mundo y mató a un 30 por ciento de los corales en la famosa Gran Barrera de Coral. Tales episodios se están volviendo tan frecuentes que la reciente Evaluación Nacional del Clima sugiere que el blanqueamiento de corales será un evento anual en las Islas Hawaianas y Samoa Americana para 2040.
Los corales pueden adaptarse a entornos cambiantes, pero en algunos lugares el ritmo es simplemente demasiado rápido. La posibilidad de congelarlos y reanimarlos puede ayudar a ganar algo de tiempo.
Tinción de faloidina: imágenes microscópicas fluorescentes de faloidina de montura entera de larvas de F. scutaria en desarrollo teñidas para actina. (Instituto Smithsonian de Biología de la Conservación) Congelar el coral resultó relativamente fácil, dice Hagedorn. Las larvas simplemente se sumergieron en nitrógeno líquido después de ser tratadas con un tipo de "anticongelante" crioprotector especialmente constituido para ayudarlas a congelarse de manera uniforme sin la formación de cristales de hielo.
"Los cristales de hielo son realmente nuestra némesis", dice ella. “Puede haber algunos núcleos diminutos que se forman durante el proceso de congelación y puedes pensar en ellos como copos de nieve. Pero no desea que esos copos de nieve se conviertan en lanzas de hielo más grandes que destruyen las células ”. Contraintuitivamente, el problema del cristal de hielo es en realidad peor durante el calentamiento de especímenes congelados.
"Imagine el agua, que se congela lentamente, y ese punto en el que algunos cristales crecen de forma relativamente rápida en fragmentos de hielo a medida que se congela", explica Jonathan Daly, autor principal del artículo y becario postdoctoral en SCBI y el Instituto de Marina de Hawai. Biología. "Eso sucede dentro de un cierto rango de temperatura, y uno pasa por ese rango cuando se enfría pero también cuando se calienta".
La mayor parte de la muerte celular ocurre durante el proceso de calentamiento, pero los científicos pueden evitar que se formen cristales de hielo al descongelar las larvas de coral rápidamente. Para lograr la velocidad, el equipo utilizó una técnica que Hagedorn perfeccionó en embriones de pez cebra con un doble golpe de partículas de oro sólido y luz láser.
Los láseres de Hollywood pueden estar lo suficientemente calientes como para vaporizar a un extraterrestre, pero las versiones de laboratorio aún no pueden transferir calor de manera rápida y uniforme para descongelar un pequeño embrión sin ayuda. Entonces, los científicos introdujeron partículas de nanogold distribuidas por toda la solución anticongelante, que absorbió la luz del láser y la convirtió en calor que sacó al coral de su congelación. "Se está descongelando en un segundo", dice Daly.
Jonathan Daly criopreservando larvas de coral. (Gary Cranitch / Fundación Gran Barrera de Coral) La congelación de corales viables tiene el potencial de mantener la biodiversidad futura al preservar todo el rango de la genética de los corales. "No tenemos idea de cómo podríamos usar este material en 100 años, pero hacer esto ahora mientras todavía tenemos mucha diversidad en los arrecifes, y lo estamos perdiendo muy rápidamente, es realmente importante", dice Hagedorn. Catorce especies de esperma de coral y embriones recolectados en la Gran Barrera de Coral ya están congelados en el Taronga Western Plains Zoo de Australia, y otras diez en el Programa Nacional de Germoplasma de Animales del USDA en la costa de Fort Collins, CO.
Esos espermatozoides almacenados requerirían emparejamiento con óvulos vivos, pero Madeleine van Oppen, del Instituto Australiano de Ciencias Marinas y la Universidad de Melbourne, dice que este logro cambia el juego al demostrar la capacidad de congelar un organismo completo que, con suerte, puede descongelarse. salir a vivir y crecer.
"Es muy importante preservar la diversidad genética actual para que en el futuro podamos usarla como un banco de semillas que se ha desarrollado para especies de cultivos", continúa Van Oppen. “Las personas pueden regresar y hacer un inventario de cultivos que puedan ser más resistentes a la sequía o al calor porque tienen ese banco de diversidad genética que les permite hacer eso. Entonces, si podemos hacer algo similar a la Bóveda Global de Semillas para los corales, será extremadamente poderoso en el futuro ”.
Desafortunadamente, ese futuro aún no está aquí. El coral hongo se congeló porque sus larvas eran pequeñas y fáciles de trabajar. Ahora el equipo tiene el desafío de modificar todo, desde la composición anticongelante hasta la configuración del láser, de modo que los corales más grandes que forman arrecifes puedan conservarse de manera similar. "Creemos que va a ser escalable", dice Hagedorn.
Coral hongo adulto (F. scutaria). (Instituto Smithsonian de Biología de la Conservación) Otro desafío es expandir enormemente el tamaño de la operación para que pueda usarse para la restauración de arrecifes.
"Necesitamos pasar de congelar cientos de estas cosas a cientos de miles para incluso conseguir que algunos corales vivan en un arrecife", dice Hagedorn. Si tales cantidades de larvas se pueden preservar criogénicamente, aumenta la posibilidad de sobrecargar las tasas de reproducción lenta del coral. El desove de los corales ocurre solo cuando las condiciones son perfectas, una vez al año y solo por un par de días.
“Si podemos construir un depósito de existencias de larvas congeladas que podríamos sacar del congelador cada vez que necesitemos restaurar un arrecife, eso podría hacerse en cualquier época del año, por lo que no está limitado a un evento de desove de coral. Eso, por supuesto, sería absolutamente fabuloso ", dice van Oppen. "Eso sería particularmente cierto si pudiera combinarlo con parte del trabajo en curso para tratar de desarrollar un stock de coral que sea más tolerante al calor".
La reintroducción de corales una vez congelados puede no ser muy exitosa en lugares donde las condiciones que causaron la muerte de los arrecifes aún persisten. Pero si los ambientes de coral mejoran, o si los humanos pueden crear corales que sean más resistentes a las condiciones futuras, existe una buena posibilidad de que tengamos una población de corales criogénicos que se descongelen y sirvan listos para aprovechar.
