¿Puede la evolución salvar los arrecifes de coral?

Traducido por Diana Carolina Vergara, Escrito Por: Fedra Herman, original post here

La mayoría de las personas sabe que el calentamiento global afecta a muchos ecosistemas diferentes en todo el mundo. Una de las mayores preocupaciones de muchas personas es el dramático declive mundial de los arrecifes de coral. Los investigadores están corriendo contra el reloj para encontrar una solución a cómo podemos ayudar  a asegurar el futuro de los arrecifes coralinos. Se cree que la evolución natural es demasiado lenta para permitir que los corales se adapten al calentamiento global. De hecho, cuando se cuenta con el desarrollo de mutaciones completamente nuevas que pueden beneficiar genéticamente a los corales pétreos y ayudarlos a sobrevivir en temperaturas más cálidas, la evolución simplemente es demasiado lenta. Pero existe algo como una adaptación rápida. ¿Quizás esta sea lo suficientemente rápida para permitir a los arrecifes de coral sobrevivir el incremento de las temperaturas del océano? 

Figura 1. © Foto de Marcelo Kato de Pixabay. ( https://pixabay.com/photos/fish-coral-reef-sea-underwater-2659613/&nbsp)

 Evolución Rápida y corales 

Los científicos están interesados en saber hasta qué punto los corales pueden salvarse a sí mismos, y una adaptación rápida puede ser un proceso importante que contribuya a la supervivencia. Existen dos maneras en las que los corales pueden experimentar una adaptación rápida. En primer lugar, la variación genética existente en una población podría contener genes que codifiquen información para una mayor tolerancia a la temperatura. Esto significa que en el genoma actual hay alelos adaptativos requeridos para mayor tolerancia a la temperatura. A pesar de que la adaptación ambiental a menudo es considerada un proceso muy lento, cambios extremos en la temperatura ambiental puede resultar en cambios rápidos, tanto morfológicos como genéticos  (Campbell-Staton, 2017) . Esto es causado por un cambio en patrones de expresión de genes debido a la selección de estos alelos adaptativos pre-existentes. Posteriormente, los alelos recién seleccionados pueden extenderse rápidamente a través de la población. Otra opción que puede resultar en adaptación rápida de una especie de coral, ocurre en una metapoblación en la cual una especie está distribuida a lo largo de múltiples sub-poblaciones adaptadas localmente. Un tipo particular de coral puede vivir a lo largo de un gradiente de temperaturas y por ello ya estar adaptado a una variedad de temperaturas. A través de la emigración, estos corales adaptados distribuyen migrantes por grandes distancias, llevando nueva información genética a sub-poblaciones menos adaptadas. Cuando ocurre la reproducción, los alelos adaptativos pueden ser redistribuidos a lo largo de la sub-población y las variantes individuales tolerantes térmicamente, viviendo en partes más calientes del océano, pueden por lo tanto, pueden salvar otras sub-poblaciones menos adaptadas compartiendo su información genética. Varios artículos recientes han argumentado que este segundo modo de adaptación será probablemente de mayor importancia para corales formadores de arrecifes a medida que se adaptan al calentamiento (Bay et al., 2017; Kleypas et al., 2016). Sin embargo, debemos tener en cuenta que los corales de aguas frías pueden adaptarse a océanos más calientes, pero solo en escenarios de calentamiento moderado, como se explica en el artículo escrito por Bay et al. en 2017. Además, la conectividad entre las sub-poblaciones debe ser alta, para que se pueda permitir el transporte de larvas (Kleypas et al., 2016).

 El rol de la migración y la selección en la resiliencia coralina 

En una colaboración reciente entre dos investigadores de Estados Unidos  (Mikhail V. Matz del University of Texas en Austin y Benjamin C. Haller de Cornell University) y un científico Australiano (Eric A. Treml de Deakin University), se diseñó un modelo para estudiar los efectos del calentamiento global sobre los arrecifes de coral a lo largo de la región central del Indopacífico Este. Realizaron simulaciones para modelar el calentamiento en metapoblaciones de coral de 680 arrecifes durante 200 años. Estudiaron cuatro diferentes modelos: (1) escenario sin nuevas mutaciones, (2) sin migración, (3) sin selección, y (4) eliminando tanto migración como selección. Los investigadores estudiaron las simulaciones de estos modelos bajo dos condiciones: una condición “como de costumbre” y una situación con una reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero. Como se esperaba, la situación de calentamiento más lento resultó con la mayoría de los arrecifes sin afectarse. Pero para su sorpresa, incluso bajo un escenario de calentamiento “como de costumbre”, algunos arrecifes de coral ubicados en la Gran Barrera de Coral central y meridional, Nueva Caledonia, Vietnam, Taiwán, y Japón sobrevivieron. Esto no se pudo concluir para todos los arrecifes y la mayoría sufrió severamente bajo la presión del aumento de temperaturas. 

¿Por qué sobrevivieron los arrecifes incluso en el escenario “como de costumbre”? Los científicos informaron de tres factores que pueden predecir el potencial adaptativo de los arrecifes. El primer elemento es la temperatura de precalentamiento del arrecife. Temperaturas del agua más bajas en la actualidad hacen que un arrecife esté mejor protegido del aumento de la temperatura del océano en un futuro cercano, como se ve en la siguiente figura adaptada de Matz et al. (2020), (Figuras 2 a, c y e). Después de 200 años, la mayoría de los arrecifes que sobrevivieron tenían una temperatura de precalentamiento de menos de 22,5 ° C. Un segundo factor importante es la tasa de calentamiento específica del arrecife. Algunos arrecifes se calientan más rápidamente que otros, lo que resulta en una mayor pérdida de cobertura de coral. Por último, la proporción de reclutas que provienen de lugares que son al menos 0,5 ° C más cálidos, o el pr05, es un predictor esencial de la supervivencia de un arrecife. Los ingredientes de un arrecife resistente son una baja tasa de calentamiento, una baja temperatura de precalentamiento y una ubicación río abajo, donde el arrecife puede acumular una gran cantidad de migrantes que brindan nueva información genética.

¿Qué sucede si los científicos simularan el “modelo sin migración”? Prácticamente todos los arrecifes colapsan después de 100 años, y después de 200 años no sobrevive ningún arrecife, como se ve en las Figuras 2 b, d y f. Incluso los arrecifes más resistentes sufrieron en estas circunstancias y aún más en ausencia de selección. Estas observaciones indican que la migración y la selección son críticas si queremos asegurar la supervivencia de los arrecifes de coral.

 Como nota al margen, los autores del artículo querían destacar que su modelo desarrollado no es un modelo de la realidad. El modelo no tiene en cuenta una variedad de otros factores que influyen en la salud del arrecife, E.j. el cambio en las tasas de migración con el calentamiento, la competencia con las algas, las posibles enfermedades, la acidificación del océano, etc. También se enfocaron en especies de acropóridos ramificados, del género Acropora, ya que brindan la mayor complejidad estructural requerida por los arrecifes para sustentar diversos conjuntos de peces e invertebrados y son una especie de coral de rápido crecimiento. Para los corales que crecen y maduran más lentamente que este género, la adaptación sería poco probable, incluso cuando no se excluye la selección y la migración.

 ¿Deberíamos ayudar a los corales a evolucionar? 

Esta investigación mostró que la mayoría de los arrecifes, especialmente aquellos que ya son cálidos y no reciben inmigrantes de lugares más cálidos, son muy propensos a sufrir declives debido al calentamiento global. Puede preguntarse si es nuestra responsabilidad ayudar a los corales a evolucionar. Los autores creen que la evolución natural es mucho más eficiente que cualquier esfuerzo de laboratorio, pero alguna intervención podría ayudar. Los conservacionistas pueden ayudar a facilitar la afluencia genética de lugares más cálidos y, por lo tanto, aumentar la proteína local mediante técnicas más recientes denominadas “migración asistida” y “flujo de genes asistido”. Esta práctica ayudará a los arrecifes que, naturalmente, no reciben inmigrantes de lugares más cálidos. Pero la única forma de garantizar realmente la supervivencia de los arrecifes de coral a largo plazo es reduciendo nuestras emisiones de gases de efecto invernadero, por lo que les damos a los corales el tiempo necesario para adaptarse a su entorno cambiante. 

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Figura 2. Estructura espacial del modelo y variación en la cobertura de coral (proporción de la capacidad de carga ocupada) en los arrecifes durante el calentamiento. Los tamaños de los puntos en todos los paneles indican el tamaño del hábitat en cada ubicación. (a) Temperaturas de precalentamiento y patrones de migración. (b) Precalentamiento de la cubierta de coral. (c, d) Cobertura de coral después de 100 años de calentamiento en los entornos principales (c) y en el escenario en el que la migración se estableció en cero durante el calentamiento (d). (e, f) Igual que (c) y (d) pero después de 200 años de calentamiento.

 Referencias

Bay, Rachael A, Rose, Noah H, Logan, Cheryl A, & Palumbi, Stephen R. (2017). Genomic models predict successful coral adaptation if future ocean warming rates are reduced. Science Advances, 3 (11), E1701413.

Campbell-Staton, Shane C, Cheviron, Zachary A, Rochette, Nicholas, Catchen, Julian, Losos, Jonathan B, & Edwards, Scott V. (2017). Winter storms drive rapid phenotypic, regulatory, and genomic shifts in the green anole lizard. Science (American Association for the Advancement of Science), 357 (6350), 495-498.

Matz MV, Treml EA, Haller BC. Estimating the potential for coral adaptation to global warming across the Indo-West Pacific. Glob Change Biol. 2020;26:3473–3481. https://doi.org/10.1111/gcb.15060