27/02/2018

El reloj biológico del coral, 2/2



Oren Levy, Profesor en la Facultad de Ciencias de la Vida y Director del Laboratorio de Ecología Molecular Marina (LMME) en la Universidad Bar-Ilan en Israel, embarcó en Palaos durante el leg  organizado por el Centro Científico de Mónaco (CSM). Focus sobre los mecanismos de un reloj particular. Segunda parte de la entrevista.

En la 1era. parte, hemos visto que lo que llamamos el reloj biológico, o reloj circadiano, está relacionado con la detección de señales emitidas por el medio ambiente. Su investigación se centra en el desove del coral.
Sí, intentamos entender cómo los corales detectan los cambios en su entorno a través de sensores químicos y fotosensibles. Por ejemplo, al amanecer y al atardecer, así como a la luz de la luna, las longitudes de onda de la luz varían, lo que provoca la liberación de gametos en la columna de agua.

¿El desove del coral es singular?
Lo que es único en el desove del coral, es que siempre está sincronizado con la luz de la luna. Por lo general, ocurre 3 o 5 noches después de la luna llena. Un buen ejemplo es un estudio realizado en el Caribe. Los investigadores siguieron a la misma colonia durante 20 años para determinar el momento del desove. La variación, de un año a otro, ha sido de más o menos 10 minutos  en un período de 20 años. Es realmente sorprendente cuando se sabe que, desde el punto de vista de su evolución genética, los corales son muy primitivos.

El desove de los corales no solo es extremadamente preciso, sino que ocurre exactamente al mismo tiempo.
La Gran Barrera de Coral alberga más de 130 especies de corales. Increíblemente, se ha demostrado que desovan al mismo tiempo, en el lapso de una noche, y estamos hablando de un arrecife de 2.500 kilómetros. Nuestro segundo trabajo fue de entender cuáles genes están involucrados en el momento del desove.
  
Para esto, dividimos nuestra experiencia en 3 fases, justo antes del período de desove. Colocamos el coral núm.  en condiciones ambientales, de modo que pudiera percibir las variaciones de la luna, del amanecer,  del atardecer y de la luz ambiental. El coral núm.2 se colocó cada noche bajo una luz artificial de muy baja intensidad. El coral núm.3 estaba cubierto con una tela negra, cada día después del atardecer.

 ¿Cuáles fueron los resultados del experimento?
Muestreamos los 3 corales hasta la noche del desove para definir, utilizando diferentes tecnologías, el perfil de los genes expresados con fuerza durante el desove, y así tratar de identificar genes específicos. Lo que fue único en este experimento es que solo el coral colocado en condiciones ambientales pone huevos. Los otros dos, no. Tomamos una muestra después del desove y examinamos el perfil de los genes. Lo comparamos con todas las muestras recolectadas previamente. De este modo, hemos logrado identificar unos genes específicos, que consideramos importantes en el desove.

¿Por qué colocaron el coral núm. 2 bajo luz artificial?
En muchos lugares del mundo, como por ejemplo en el Mar Rojo, donde trabajo, hay urbanización alrededor de los arrecifes de coral y, por lo tanto, luces artificiales, la llamada contaminación lumínica. Queríamos saber si esto podría afectar el momento del desove. Y es lo que sucedió.  Otro resultado asociado con este trabajo: muestreamos los corales durante los días de luna llena y nueva, 4 veces al día, y descubrimos que los mismos genes tienen diferentes niveles de expresión en días de luna llena en comparación con los días de luna nueva. Lo que significa que el coral sabe cómo contar los meses. Si uno observa los mismos genes, resalta una expresión más alta o más baja, por ejemplo al mediodía, entre los días de luna nueva y de luna llena. Es probable que los corales sigan los meses de esta forma. Hicimos la misma observación en 2 corales en Australia y Japón.

El trabajo que ha realizado en Palaos, a bordo de Tara, con el Centro Científico de Mónaco, ¿está relacionado también con esta investigación?
Sí. Continúo mi trabajo en el Instituto Interuniversitario de Ciencias del Mar en Eilat (IIU - Israel). En Mónaco, llevamos a cabo experimentos similares, bajo luz artificial, para modificar la fisiología de los corales. En Israel, ponemos los corales en condiciones ambientales en nuestro laboratorio marino, y tomamos otros sobre los cuales reproducimos la intensidad luminosa de Eilat. Los corales permanecen más de 5 meses bajo estas condiciones. 

Hemos observado, en términos de expresión genética, muchas vías relacionadas con el cáncer y la fecundación. Así que ahora tenemos pruebas sólidas de que la luz artificial tiene un impacto en los corales, no solo en lo que respecta al desove, sino también en su fisiología, metabolismo, etc. 

Entrevista realizada por Noëlie Pansiot

26/02/2018

Sanya, China


Llegamos a Sanya. Imponentes barras de edificios y complejos hoteleros titánicos se erigen en el horizonte. Un ballet de yates, lanchas y barcos de pesca  rodea  a Tara. Estamos en China. Sanya, al sur de la isla de Hainan, es  un balneario cotizado de la “Chinese Riviera”, en esta celebración del año nuevo chino. De noche, es espectacular.  En las fachadas de los edificios ondulan delfines y medusas de luz, renos, palmeras y mensajes en mandarín.  En cubierta, disfrutamos de la frescura nocturna.
Zarpamos de Nha Trang, Vietnam, el 15 de febrero, evitando los restos de una tormenta que viene  de Filipinas hacia Vietnam. Izamos las velas, para el deleite de los científicos todavía en espera del permiso de muestreo en aguas chinas, junto a dos científicos nacionales.

Progresamos con regularidad en el mar de China cuando, en víspera de nuestra llegada a Sanya, vivimos una alerta. Ya estaba oscuro en este domingo 18 de febrero, cuando David Monmarché, de turno de vigilancia, saca al capitán de su litera. Un barco ha cambiado repentinamente de rumbo y se acerca rápidamente a Tara, sin ningún motivo aparente. Otros puntos aparecen en el mapa al oeste, siguiendo al primero.¿Barcos de pesca subiendo a sus redes, o barcos mal intencionados? En la duda, Samuel Audrain inicia el procedimiento establecido: arrancar el motor, cambiar de rumbo, bajar las velas, avisar a la dirección de la Fundación.

A bordo, todos despiertan,  dejan su computadora o su juego de tarot. La tripulación se agrupa afuera, en silencio, mientras Tara escapa hacia el este.Reclamado por varios países, el Mar del Sur de China es un área singular donde los barcos deben extremar la precaución. El barco, cuyo comportamiento preocupa al capitán, se aleja. Pescadores, tal vez. Tara se relaja, retoma su rumbo hacia Sanya.  Marion Lauters reparte chocolates. 

Agathe Roullin

14/02/2018

Nha Trang,Vietnam


Estamos en Vietnam desde el miércoles 7 de febrero. Pisamos el muelle de hormigón del puerto de Nha Trang. Con sus complejos turísticos, el balneario desfigurado por el turismo de masas no tiene el encanto de las islas vírgenes del archipiélago de Palawan, pero no nos afecta.  El Pacífico nos acaba de ofrecer un obsequio magnifico: un viento de 25-35 nudos nos ha permitido pasar de Filipinas a Vietnam en solo tres días y medio, de una sola traza amurada a estribor.

La tripulación se agasajó con una hermosa navegación en el Mar de China, entre Pangatalan y Nha Trang. Impulsada por un viento del norte-noreste, la goleta “voló” hacia Vietnam, con todas velas afuera. "Fueron  condiciones ideales para Tara", explica Nicolas Bin. “¡Enviamos casi todo!  A tal punto que una noche, se tensaba demasiado en el aparejo. Tuve que despertar a Sam para enrollar un poco el yankee.  140 toneladas lanzadas a 10 nudos, es impresionante".

Los científicos embarcados no son necesariamente marineros experimentados. Al  zarpar de la pequeña isla de Pangatalan, todos estaban emocionados. Aunque unos adivinaban  que el oleaje y el balanceo pronto castigarián sus estómagos, porque con su casco redondeado, Tara es un barco que balancea mucho.

Gaëlle Quéré, investigadora postdoctoral del CNRS-CRIOBE, está encantada: "Pudimos participar en las maniobras, izar las velas,  me gustó”. Al igual que Guillaume Iwankow, jefe de buceo científico en CRIOBE,  quien ha sufrido los caprichos del viento durante sus cinco viajes previos en Tara. "Una navegación nocturna, con velas, sin ruido, y las estrellas para uno mismo. Era un sueño de infancia.  Son momentos que nunca olvidaré".

Este gran viento en las velas ha traído un poco de consuelo a los frustrados científicos. Después de Indonesia y Filipinas, acaban de enterarse que tampoco podrán muestrear las aguas vietnamitas. El Mar de China es un área geoestratégica compleja, y eso complica los parámetros de la expedición.
Decepcionados por no poder bucear, atracados al muelle por varios días, los tripulantes intentan sobrellevar la situación: redactando artículos, reuniéndose  con el Instituto Oceanográfico de Nha Trang,  haciendo un poco de turismo. 

El tiempo se alarga, pero Guillaume Iwankow pone las cosas en perspectiva: "Pudo haber peor, sin ciencia y sin viento". Deseamos, sin embargo, que la serie negra se detenga. China es la próxima etapa de Tara.

Agathe Roullin

13/02/2018

El reloj biológico del coral, 1/2


Oren Levy, Profesor en la Facultad de Ciencias de la Vida y Director del Laboratorio de Ecología Molecular Marina (LMME) en la Universidad Bar-Ilan en Israel, embarcó en Palaos durante el leg  organizado por el Centro Científico de Mónaco (CSM). Focus sobre los mecanismos de un reloj particular, en una entrevista en dos partes.

¿Qué es un "reloj biológico" y qué sabemos sobre él?

La vida en la Tierra ha evolucionado a través de ciclos diurnos y nocturnos, causados ​​por la rotación de nuestro planeta. En respuesta a estos cambios cíclicos, la mayoría de los organismos ha desarrollado unos relojes endógenos, que les permiten anticipar los ritmos diarios y estacionales, y ajustar sus procesos bioquímicos, fisiológicos y de comportamiento. Entre las propiedades mejor conservadas de estos relojes está la capacidad de reaccionar a los cambios regulares de luz y temperatura, y también a las señales intensas de temperatura. Los relojes biológicos, también llamados ritmos circadianos, giran continuamente, manteniendo una periodicidad de aproximadamente 24 horas bajo estímulos constantes, o en ausencia de señales externas; Por ejemplo, bajo una luz, una oscuridad, o una temperatura constantes. Por lo tanto, el oscilador continuará, de modo autónomo, hasta que el reloj desaparezca  progresivamente debido a la ausencia prolongada de señales externas.

¿Todos los organismos tienen un reloj biológico?

Prácticamente todo, sí. Su mecanismo es similar en todos los organismos, desde el más simple hasta el humano, pero los componentes que lo hacen funcionar pueden ser muy diferentes. Una de las funciones más importantes del reloj biológico es la "anticipación". Esto significa que la organización sabe dónde encontrarse o qué hacer en el momento correcto, sin esperar que suceda el cambio, y que, por lo tanto, se está preparando para los cambios que se avecinan.
¿Cuáles son los orígenes del reloj circadiano?

Hay varias hipótesis sobre los factores que conducen a la evolución de los relojes circadianos. Sin embargo, al estar presentes en todos los reinos de la vida, deben haber evolucionado muy temprano. Los relojes pueden haber aparecido inicialmente para minimizar el daño causado por los rayos UV en el ADN, asegurando que la reproducción tenga lugar en la oscuridad. La prueba es provista por la presencia universal de proteínas sensibles a la luz azul en todos los organismos, incluidos los corales.

¿Cómo funciona este reloj biológico en los organismos marinos?

La vida ha evolucionado en el Océano, un ecosistema gobernado por una multitud de ciclos ambientales. Al igual que los organismos terrestres, es importante, para adaptarse, que los organismos marinos puedan anticipar eventos cíclicos futuros. Sin embargo, las especies que habitan en entornos costeros enfrentan patrones temporales mucho más complejos, dominados por los ciclos mareales y lunares. A diferencia de los ciclos de 24 horas observados en organismos terrestres, las plantas y los animales intermareales, (que viven tanto en marea alta como en marea baja, en el área que se cubre y se cubre alternativamente, el estran) presentan ritmos conductuales, metabólicos y reproductivos, adaptativos, de 12.4 horas, sincronizados con las mareas, a través de señales relevantes, como turbulencia, vibración, luz de luna, salinidad y fluctuaciones de temperatura. Estos ritmos, que giran continuamente, sugieren la presencia de un reloj circamareal endógeno.

¿El reloj biológico ayuda a los organismos marinos a adaptarse a la marea?

Sí, permite a los organismos saber cuándo será marea baja. Entonces, antes de que eso suceda, los cangrejos, por ejemplo, ya se están preparando para salir. Muchos ciclos de comportamiento, como la reproducción o la alimentación, están relacionados con el cambio en este ciclo geofísico. Todos los relojes biológicos tienen los mismos 3 componentes. Primero, lo que llamamos la entrada, la información procedente del entorno. Puede ser la marea, la luz u oscuridad, la comida. Son las "señales" que sincronizan el reloj biológico interno. El segundo componente es el mecanismo responsable del procesamiento de la información del entorno. El tercer componente es la salida: de lo que el reloj es responsable, como el desove de los corales o la alimentación de cangrejos.

Entonces, ¿la salida puede expresarse de diferentes maneras?

Sí, la salida rítmica puede ser la expresión de genes, una secreción hormonal, un cambio metabólico o de comportamiento, etc. En humanos, sabemos que muchos parámetros están influenciados por los relojes biológicos: nuestras actividades aumentan la temperatura de nuestro cuerpo; el apareamiento; Nuestro sistema endocrino; Nuestro rendimiento deportivo. Todos estos factores están controlados por este tipo de mecanismo.

¿Por qué estudia el reloj biológico de coral?

Quería saber cómo los corales programan su desove con tanta precisión, año tras año, siempre al mismo tiempo. ¿Qué mecanismo entra en juego? ¿Cómo hacen? Estas son las preguntas que quería responder. Durante mi postdoctorado, trabajé en el Laboratorio Marino de Heron Island, de la Universidad de Queensland, Australia. El primer trabajo fue buscar fotoreceptores (proteínas específicas) lo suficientemente sensibles como para detectar los cambios en la luz tenue (como al atardecer y a la luz de la luna), lo que probablemente sincroniza el reloj biológico del coral, para que ponga sus huevos en buenas condiciones de luz.

¿Lograron aislar la proteína que estaban buscando?

Sí, encontramos 2 tipos de proteínas llamadas criptocromos. Una de ellas era más sensible durante las noches de luna llena que bajo la luz de la luna nueva. Sabemos por el estudio de otros organismos que estos criptocromos proporcionan información al reloj biológico de muchos organismos modelos. Esta proteína es única, porque es común al mecanismo del reloj biológico de los organismos en todos los grupos evolutivos.

Noëlie Pansiot

08/02/2018

El coral, un archivo climático


Eric Douville, ingeniero e investigador en el CEA, trabajó durante 10 días a bordo de la goleta, pasando del laboratorio instrumental  embarcado al muestreo en el mar. De vuelta al Laboratorio de Ciencias del Clima y del Medioambiente (LSCE), en campus Paris-Saclay, Eric estudia los núcleos de coral tomados en el Pacífico desde el comienzo de la expedición. Entrevista de un geoquímico embarcado.

¿Cuál es su misión en Tara Pacific?
En colaboración con el Centro Científico de Mónaco (CSM), propuse implementar mediciones precisas del pH del agua de mar superficial, instalando a bordo un espectrofotómetro * UV-Vis con fibra óptica. El pH es el indicador clave de la acidificación de los océanos resultante de la incorporación continua de dióxido de carbono liberado masivamente a la atmósfera por actividades humanas. Estudiamos este parámetro para caracterizar y cuantificar la acidificación actual de las masas de agua y controlar mejor el impacto que tiene en la vida de los corales.

También es el destinatario de todos los núcleos de coral recogidos desde el comienzo de la expedición.
Dirijo un equipo de investigación en el Laboratorio de Clima y Ciencias del Ambiente (LSCE). Realizamos trabajos en Geocronología y Geoquímica. En Geocronología, desarrollamos herramientas para fechar con precisión los registros climáticos o los restos arqueológicos. Por ejemplo, los métodos de datación se usan para fechar corales fósiles profundos tomados del Atlántico Norte. Como parte de Tara Pacific, utilizamos estas herramientas para confirmar el patrón de crecimiento de los núcleos de coral de superficie recolectados aquí. En un segundo paso, desarrollamos nuestro trabajo en Geoquímica para establecer y cuantificar la evolución en el tiempo, especialmente en los últimos 100 años, de la temperatura y el pH del Océano Pacífico.
¿Cuáles son los protocolos para estudiar estos modelos de crecimiento?
El primer paso antes de estudiar la geoquímica de los núcleos es de establecer un modelo de edad, es decir, comprender cómo se desarrollaron las colonias perforadas y estudiadas a lo largo del tiempo. Hay dos métodos para establecer la tasa de crecimiento de las colonias de coral. El primero es simplemente rastrear y contar las bandas de densidad anual después del análisis del núcleo mediante un escáner médico o una radiografía. Cada año, el coral forma una banda de densidad particular vinculada a la sucesión de estaciones. Si es necesario, para confirmar el conteo de bandas de crecimiento de coral tropical, usamos los métodos de datación basados ​​en la desintegración radiactiva de ciertos isótopos.

¿Han empezado a trabajar en núcleos-testigos  tomados por los equipos de Tara?
De los veinte testigos recientemente recibidos desde el comienzo de la expedición, hemos comenzado el análisis de diez especies de Porites. Pudimos establecer los patrones de crecimiento de las colonias y comenzamos los primeros análisis geoquímicos. Los primeros testigos tomados  en el Pacífico oriental son un poco cortos y solo cubren los últimos 50 años.  En concertación con el consorcio TARA-Pacífic, decidimos perforar una nueva especie de coral masivo del género Diploastrea heliopora. Desde entonces, hemos recibido nuevos núcleos tomados de diferentes sitios en el Pacífico occidental, lo que nos permite hoy cubrir los últimos 200 años o incluso más.
¿Qué sucede después de la datación de las muestras?
Después de establecer el modelo de crecimiento de colonias, analizamos su geoquímica, o sea la composición química del esqueleto de coral, lo que nos permite reconstruir la evolución de la temperatura y de las propiedades del pH del océano en el pasado.

¿Qué información nos proporcionan estas muestras de coral Tara?
Es demasiado temprano para decirlo. Pero hay una cosa importante que hacer: comparar la evolución de las propiedades del Océano aquí reconstruida con los parámetros de crecimiento y la fisiología de los corales; En otras palabras, su capacidad de desarrollarse para crecer con el tiempo. Esto, para estudiar el impacto de los cambios globales en curso en el desarrollo de los arrecifes de coral en el Pacífico. Lo que se destaca de esta investigación es que los principales cambios en el pH y la temperatura desde el comienzo de la era industrial ya han cambiado la tasa de crecimiento de los corales.

Hoy, todos nuestros registros muestran sistemáticamente una caída en el pH de los océanos en los últimos 150 años, que corresponden a la era industrial. Observamos que desde el comienzo de la era industrial, la acidificación de los océanos se ha acelerado a un ritmo nunca visto desde hace 300 millones de años. Y su impacto en la vida marina, que irá creciendo en los próximos años, sigue siendo desconocido.

Noëlie Pansiot