Las consecuencias del cambio climático: los erizos de mar luchan por resistir

Por la Universidad de Syracuse 4 de agosto de 2023

Los biólogos de la Universidad de Syracuse fueron coautores de un estudio que explora cómo la capacidad adhesiva de los erizos de mar se ve afectada por los diferentes niveles de salinidad del agua. Crédito: Universidad de Siracusa

Al navegar bajo una fuerte tormenta, mantener el agarre en la carretera es esencial. Si los neumáticos de su vehículo tienen una banda de rodadura deficiente, se encontrará patinando y deslizándose, sin poder controlar el automóvil de manera segura. Se puede establecer un paralelo con los erizos de mar que viven en hábitats de aguas poco profundas cerca de la costa durante las lluvias torrenciales. Estos aguaceros provocan un cambio en la concentración de sal del océano, lo que resulta en niveles más bajos de salinidad.

Este pequeño cambio en la salinidad puede tener un efecto profundo en la capacidad de los erizos de mar para fijar firmemente sus patas tubulares a las superficies que los rodean, de manera similar a la forma en que los neumáticos necesitan agarrarse a la carretera. Para estos pequeños animales marinos puntiagudos, esto no es sólo un inconveniente sino una cuestión de supervivencia. Sus estructuras adhesivas les permiten moverse entre las rocas barridas por las olas cerca de la costa y, sin esta capacidad, sus vidas corren peligro.

Los biólogos de la Universidad de Syracuse fueron coautores de un estudio que explora cómo la capacidad adhesiva de los erizos de mar se ve afectada por los diferentes niveles de salinidad del agua.

La supervivencia de los erizos de mar es vital para mantener el equilibrio dentro de los ecosistemas marinos. Los erizos de mar son responsables del pastoreo de alrededor del 45% de las algas en los arrecifes de coral. Sin erizos de mar, los arrecifes de coral pueden quedar cubiertos de macroalgas, lo que puede limitar el crecimiento de los corales. Dada la importancia de los arrecifes de coral para la protección costera y la preservación de la biodiversidad, es fundamental salvaguardar la población de erizos de mar.

El estudiante de posgrado de la Universidad de Syracuse, Andrew Moura (derecha) y el ex estudiante de pregrado de la Universidad de Villanova, Jack Cucchiara, verifican los niveles de salinidad entre los 10 grupos diferentes de erizos de mar en Friday Harbor Laboratories. Crédito: Universidad de Syracuse, Universidad de Washington

A medida que el cambio climático global provoca fenómenos meteorológicos extremos que van desde olas de calor y sequías hasta fuertes lluvias e inundaciones, las grandes cantidades de agua dulce que vierten a los ecosistemas cercanos a la costa están alterando los hábitats. Un equipo de biólogos, dirigido por Austin Garner, profesor asistente en el Departamento de Biología de la Facultad de Artes y Ciencias, estudió los impactos de la baja salinidad y cómo altera la capacidad de los erizos de mar para agarrarse y moverse dentro de su hábitat. Garner, miembro del Instituto BioInspired de la Universidad de Syracuse, estudia cómo los animales se adhieren a superficies en entornos variables desde la perspectiva tanto de las ciencias físicas como de la vida.

El estudio del equipo, publicado recientemente en el Journal of Experimental Biology, buscó comprender cómo las poblaciones de erizos de mar se verán afectadas por futuros eventos climáticos extremos.

"Si bien muchos animales marinos pueden regular la cantidad de agua y sales en sus cuerpos, los erizos de mar no son tan efectivos en esto", dice Garner. “Como resultado, tienden a estar restringidos a un rango estrecho de niveles de salinidad. Las precipitaciones torrenciales pueden provocar que se viertan cantidades masivas de agua dulce al océano a lo largo de la costa, provocando rápidas reducciones en la concentración de sal en el agua de mar”.

The group’s research was conducted at the University of WashingtonFounded in 1861, the University of Washington (UW, simply Washington, or informally U-Dub) is a public research university in Seattle, Washington, with additional campuses in Tacoma and Bothell. Classified as an R1 Doctoral Research University classification under the Carnegie Classification of Institutions of Higher Education, UW is a member of the Association of American Universities." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Laboratorios Friday Harbor (FHL) de la Universidad de Washington. El autor principal del estudio, Andrew Moura, estudiante de posgrado en el laboratorio de Garner en Syracuse, viajó a FHL junto con Garner e investigadores de la Universidad de Villanova para realizar experimentos con erizos de mar verdes vivos. Trabajaron junto con la ex becaria postdoctoral de FHL Carla Narvaez, quien ahora es profesora asistente de biología en Rhode Island College, y los profesores de la Universidad de Villanova Alyssa Stark y Michael Russell.

El profesor de biología de la Universidad de Syracuse, Austin Garner, sostiene un erizo de mar. Crédito: Universidad de Siracusa

En FHL, los investigadores separaron los erizos de mar en 10 grupos según los diferentes niveles de salinidad dentro de cada tanque, desde un contenido de sal normal hasta muy bajo. Entre cada grupo, probaron métricas que incluían la respuesta de enderezamiento (la capacidad de los erizos de mar de darse la vuelta), la locomoción (velocidad de un punto a otro) y la adhesión (fuerza con la que sus pies tubulares se separan de una superficie). En el laboratorio de Garner en Syracuse, él y Moura completaron un análisis de datos para comparar cada métrica.

El equipo descubrió que la respuesta de enderezamiento, el movimiento y la capacidad adhesiva de los erizos de mar se vieron afectados negativamente por las condiciones de baja salinidad. Curiosamente, sin embargo, la capacidad adhesiva de los erizos de mar no se vio gravemente afectada hasta niveles de salinidad muy bajos, lo que indica que los erizos de mar pueden permanecer adheridos en condiciones ambientales desafiantes cerca de la costa, aunque las actividades que requieren una mayor coordinación de los pies tubulares (adrizamiento y movimiento) tal vez no. ser posible.

"Cuando veamos esta disminución en el rendimiento en condiciones de salinidad muy baja, podríamos comenzar a ver cambios en el lugar donde podrían vivir los erizos de mar como consecuencia de su incapacidad para permanecer atrapados en ciertas áreas que experimentan baja salinidad", explica Moura. "Eso podría cambiar la cantidad de pastoreo de erizos de mar que se produce y podría tener profundos efectos en el ecosistema".

Su trabajo proporciona datos críticos que mejoran la capacidad de los investigadores para predecir qué tan importantes les irá a animales como los erizos de mar en un mundo cambiante. Los principios de adhesión que Garner y su equipo están explorando también podrían resultar útiles para los materiales adhesivos diseñados por humanos, un trabajo que se alinea con la misión del Instituto BioInspired de la Universidad de Syracuse de abordar los desafíos globales a través de investigaciones innovadoras.

"Si podemos aprender los principios fundamentales y los mecanismos moleculares que permiten a los erizos de mar secretar un adhesivo permanente y utilizarlo para una fijación temporal, podríamos aprovechar ese poder en los desafíos de diseño de nuestros adhesivos actuales", dice Garner. “Imagínese poder tener un adhesivo que de otro modo sería permanente, pero luego agrega otro componente, lo rompe y puede volver a pegarlo en otro lugar. Es un ejemplo perfecto de cómo se puede utilizar la biología para mejorar los productos cotidianos que nos rodean”.

Referencia: “La hiposalinidad reduce la coordinación y la adhesión de las patas tubulares de los erizos de mar” por Andrew J. Moura, Austin M. Garner, Carla A. Narvaez, Jack P. Cucchiara, Alyssa Y. Stark y Michael P. Russell, 30 de junio de 2023, Journal de Biología Experimental.DOI: 10.1242/jeb.245750