por Kenny Lin
La presente es una traducción literal de la nota publicada en el sitio Reef.com que se llama: “Calcification of SPS Corals in the Reef Aquarium Hobby”dando clic al título los llevará a la nota original en su idioma en Ingles.
El propósito de compartir su traducción literal al español es educar al acuarista marino que no habla inglés al enriquecer su conocimiento gracias el trabajo que comparte el autor Kenny Li en el sitio Reef.com
A continuación, la traducción literal:
¿Cómo construyen los corales sus esqueletos, exactamente?
Introducción
El proceso de calcificación o biomineralización en los corales SPS es un rompecabezas para la mayoría de la gente, por no hablar de los aficionados a los arrecifes. En este artículo, vamos a profundizar y ponernos técnicos mientras traducimos y revisamos algunos artículos de investigación para ayudarnos a entender mejor cómo el mantenimiento y cuido de nuestros acuarios puede afectar al crecimiento de nuestros corales.
Para empezar con lo básico, nuestros corales SPS constan de tres partes principales: el esqueleto, los pólipos y las zooxantelas. Cada una de ellas desempeña su propio papel en la construcción y el mantenimiento del coral que la mayoría de nosotros albergamos en nuestros acuarios.
El esqueleto del coral es el más fácil de entender, ya que proporciona el soporte estructural y el alojamiento para los pólipos y las zooxantelas. Por otro lado tenemos los pólipos de coral y las zooxantelas, la explicación sencilla de estos es tienen una relación simbiótica. Los pólipos de coral proporcionan a las zooxantelas protección y recursos como agua y el dióxido de carbono que se crea como subproducto de la respiración celular. A cambio, las zooxantelas habitan el entorno seguro y rico en recursos para realizar la fotosíntesis, consumiendo agua y dióxido de carbono para producir energía para el pólipo de coral. Otros nutrientes, como el nitrógeno y el fósforo, pueden ser obtenidos por cualquiera de los dos organismos a través de otros mecanismos, como por heterotrofia.
Biología y anatomía del coral duro
Antes de adentrarnos en el proceso de calcificación, debemos entender la biología y anatomía del pólipo de coral, así como algunas propiedades químicas básicas, puede dar una mejor visión de cómo se produce el proceso.
Pólipos
Cuando hablamos de pólipos, a menudo nos referimos a los tentáculos visibles que podemos ver. También podemos ver la boca del pólipo y, en algunas raras ocasiones, incluso podemos ver el interior de la boca en la cavidad gástrica.
Coenosarco
Alrededor de cada pólipo tenemos el coenosarco. Se trata de la capa de piel que cubre el esqueleto óseo y conecta todo el coral en una sola colonia. Es en esta zona donde suelen alojarse las zooxantelas.
Coelenteron (cavidad gastrovascular)
Por debajo del coenosarco, hay una capa de tejidos orales y aborales. Entre los tejidos orales y aborales, existe el coelenteron; es la capa que actúa como un estómago que se une entre los pólipos cercanos. Debajo de los tejidos aborales, se encuentra el líquido calcificante que separa el coenosarco del esqueleto óseo.
Para simplificar, el coenosarco es una capa que conecta todos los pólipos y alberga las zooxantelas. En el coenosarco, el agua de mar se mantiene fuera del coelenteron (estómago conectado) gracias a la capa oral de tejido. La capa aboral de tejido está debajo y existe para mantener separados el celenterón y el esqueleto óseo, así como para facilitar la calcificación del esqueleto óseo.
(Coral Anatomy. Taken from “Coral Bleaching” by Pappas M. (2020). Imagen tomada del artículo original en idioma inglés.)
Esqueleto
Ahora que sabemos qué hay por encima del esqueleto, ¿qué es exactamente el esqueleto de un coral? Si alguna vez has “frageado” corales duros, sabrás que el esqueleto de los corales puede ser realmente denso y duro hasta el punto de necesitar una sierra de cinta para hacer el corte. Este esqueleto está hecho de aragonita, que en realidad es principalmente carbonato de calcio; el mismo material que se encuentra en las cáscaras de huevo y en la piedra caliza. La diferencia entre el carbonato de calcio de una cáscara de huevo y el carbonato de calcio de la aragonita es la estructura molecular, la orientación y otras moléculas traza. Al igual que el carbón y el diamante, ambos están formados por carbono, pero uno es frágil al tacto y el otro es el material más duro de la Tierra.
Química
Para que los minerales existan en un estado estable, su carga debe ser neutra. La fórmula química del carbonato es CO3-2. El ion calcio se encuentra con una carga de +2, y se escribe Ca+2. La carga +2 del ion calcio puede unirse a la carga -2 del ion carbonato formando CaCO3, también conocido como carbonato de calcio. Sin embargo, el carbonato existe en un constante tira y afloja llamado equilibrio, existiendo en otras formas aparte del CO3-2 que nuestros corales necesitan para sus esqueletos, como el HCO3- (bicarbonato) así como el H2CO3 (ácido carbónico). Nótese que el H2CO3 (formado esencialmente por la interacción entre el CO2, dióxido de carbono, y el H2O, agua) tiene una carga neutra al igual que el carbonato de calcio y se considera un estado estable.
pH
En una breve explicación, el pH es la concentración de iones de hidrógeno, también conocida como la acidez del agua. El agua tiene un pH de 7, es decir, es neutra. Si el pH es inferior a 7, se considera ácida, ya que contiene más iones de hidrógeno (H+). Si el pH es superior a 7, se conoce como alcalina, con más iones de hidróxido (OH-). El pH es importante porque determina la biodisponibilidad de los nutrientes en sus formas utilizables, además de influir en la forma de ciertas moléculas y minerales.
Si el pH es bajo, y los iones H+ están fácilmente disponibles, al CO3-2 le resulta mucho más fácil convertirse en neutro al unirse a los iones H+. Cuando el pH aumenta y los iones H+ están menos disponibles, el CO3-2 se convierte en la forma principal del carbonato. Si buscas una tabla de equilibrio del carbonato en Internet, te darás cuenta de que para que el carbonato exista en la forma CO3-2, el pH debe ser de al menos 8,0 para que exista incluso una pequeña cantidad de CO3-2. A un pH de alrededor de 8,4, el H2CO3 comienza a formarse menos y la concentración de CO3-2 comienza a subir, esto significa que para que nuestro esqueleto de carbonato de calcio se forme de forma fiable necesitamos un pH superior a 8,4, pero un pH de 8,4 puede tener un impacto negativo en la biodisponibilidad de los nutrientes así como en la supervivencia del coral. Al igual que nuestro cuerpo ha evolucionado para tener un pH de 7,35-7,45, nuestras enzimas y otras proteínas funcionan mejor a ese pH. Cualquier cambio drástico en el pH puede provocar una disminución de la funcionalidad o la pérdida total de la función de las enzimas.
Saturación y solubilidad
El segundo concepto que debemos conocer son los mecanismos de saturación y solubilidad. En términos sencillos, la solubilidad es la facilidad con la que una sustancia puede disolverse en otra y la saturación es el grado de disolución de una sustancia en otra. Podemos utilizar el azúcar y el agua para demostrar estos conceptos. Cuando se añade azúcar al agua y se mezcla, el azúcar tiende a fundirse en el agua sin dejar residuos; esto es solubilidad, el azúcar es soluble en el agua y se disuelve. Cuando se añade demasiado azúcar, la mezcla de azúcar y agua se satura por completo. Cuando el agua está totalmente saturada de azúcar, cualquier azúcar adicional que añadas ya no se disolverá en el agua y verás el azúcar en el fondo de la taza. Esto se puede ver a menudo cuando se añade demasiado azúcar al café o al chocolate caliente y, al terminar la bebida, se ven los gránulos de azúcar desplazarse lentamente hacia el borde de la taza. La saturación y la solubilidad pueden alterarse y cambiar en función de otros factores como la temperatura y el pH. Por eso, cuando se calienta una taza de agua que está totalmente saturada de azúcar, se puede conseguir que se disuelva más azúcar en el agua.
Química y mecanismo de la calcificación de los corales
(Mecanismos implicados en la calcificación de los corales. Imagen publicada en el artículo original en inglés y tomada de “Coral calcification in a changing World and the interactive dynamics of pH and DIC upregulation” by McCulloch M.T., D’Olivo J.P., Falter J., Holcomb M., and Trotter JA. (2017)
En resumen, el esqueleto de un coral está formado principalmente por carbonato de calcio (CaCO3). El CaCO3 está formado por iones Ca+2 y CO3-2, que están disueltos en el agua. El Ca+2 sólo puede unirse al CO3-2 debido a la carga +2 del ion calcio y a la carga -2 del ion CO3. El CO3-2 puede existir en 3 formas (H2CO3, HCO3- y CO3-2) dependiendo del pH, y comenzará a existir en concentraciones más altas cuando el pH se eleve ligeramente por encima de 8,2. A medida que el pH aumenta, la solubilidad del CaCO3 en el agua disminuye (Hart, P.W. et. al. 2011), Esto significa que a medida que el pH aumenta, la cantidad de CaCO3 que puede permanecer disuelto en el agua disminuye. Como resultado, si el pH es alto y la concentración de CaCO3 es lo suficientemente alta, hará que el CaCO3 se precipite fuera del agua y vuelva a tomar una forma sólida. Esta es la base de cómo los corales construyen su esqueleto.
Para empezar, la calcificación se produce en el espacio subcalicoblástico (McCulloch, M.T., et al 2017). Este es el espacio que existe bajo la capa aboral de tejido que se encuentra por debajo del coelenteron (cavidad gastrovascular). Las capas de tejido intermedias tienen bombas que pueden transferir los iones necesarios para la calcificación a través del estómago del coral al espacio entre el tejido y el esqueleto. Para simplificar la vía, seguiremos cada uno de los componentes por separado.
Ca+2 :
1- El Ca+2 se absorbe en la cavidad estomacal a partir del alimento o de la columna de agua
2- Una bomba que existe en la capa aboral llamada Ca+2-ATPase empuja el ion Ca+2 del estómago al espacio subcalicoblástico a cambio de 2 iones de hidrógeno (H+)
1- Esto hace que el pH disminuya en el estómago, donde los iones H+ son bombeados, y que el pH aumente en la capa subcalicoblástica, desde donde los iones H+ son bombeados.
2- El Ca+2 reacciona con el CO3-2 libre en el espacio subcalicoblástico para formar CaCO3
CO3-2 :
1- El CO3-2 puede entrar en el ciclo desde dos fuentes
1- El CO2 del medio ambiente
1- Disuelto en el agua del mar por la atmósfera
2- Exhalado por otros organismos que utilizan la respiración celular
1- Peces
2- Vida oceánica
3- Zooxantelas
2- El CO2 se absorbe en el coelenteron junto con la ingestión de alimentos o como subproducto de la respiración celular.
3- Con la ayuda de un pH bajo en el coelenteron causado por los iones H+ bombeados hacia él desde la Ca+2-ATPase y algunas enzimas, el CO2 se convierte en H2CO3 y HCO3-.
4- El HCO3- entra en el espacio subcalicoblástico
1- Por difusión
1- El HCO3- pasa naturalmente la capa aboral y fluye hacia el espacio subcalicoblástico
2- Por transporte activo
1- Las proteínas transportan el HCO3- a través de la capa con la ayuda de energía o de un portador
3- Por reacción metabólica
1- El CO2 emitido por las células calicoblásticas como subproducto de la respiración celular es emitido al espacio subcalicoblástico
2- El CO2 reacciona con el H2O en un entorno de alto pH para formar HCO3- y H+
5- El HCO3- se encuentra en un entorno de pH elevado y se transforma en la forma CO3-2
6- El CO3-2 reacciona con los iones Ca+2 en el espacio subcalicoblástico para formar CaCO3
El CaCO3 tiene múltiples formas, como ya hemos comentado, puede ser tan frágil como una cáscara de huevo o tan robusto como una base de coral. La forma de CaCO3 que se crea se llama carbonato cálcico amorfo (ACC) que es la forma menos estable. Para combatir esto y hacer que el ACC sea más estable, el coral produce moléculas de matriz orgánica que ayudan a la estabilización y se depositan juntas para formar aragonita.
Factores que pueden influir en la calcificación
Cualquiera que haya intentado mantener SPS puede estar de acuerdo en que hay muchos factores que pueden influir en la tasa de crecimiento. Esta sección explicará brevemente cómo los diferentes factores pueden influir en la tasa de calcificación.
Referencia de Recursos:
Falini G., Fermani S., and Goffredo S. “Coral biomineralization: A focus on intra-skeletal organic matrix and calcification.” Seminars in Cell & Developmental Biology,Volume 46,2015,Pages 17-26,ISSN 1084-9521, https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2015.09.005
Giuffre A.J., Gagnon A.C., De Yoreo J.J., and Dove P.M. “Isotopic tracer evidence for the amorphous calcium carbonate to calcite transformation by dissolution–reprecipitation.” Geochimica et Cosmochimica Acta, Volume 165, 2015, Pages 407-417, ISSN 0016-7037, https://doi.org/10.1016/j.gca.2015.06.002
Grottoli A.G., Dalcin Martins P., Wilkins M.J., Johnston M.D., Warner M.E., Cai W.J., Melman T.F., Hoadley K.D., Pettay D.T., Levas S., and Schoepf V. “Coral physiology and microbiome dynamics under combined warming and ocean acidification.” PloS one, 13(1), 2018; e0191156. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0191156
Hart P., Colson G., and Burris J. “Application of Carbon Dioxide to reduce water side lime scale in heat exchanges.” J. of Science and Technology for Forest Products and Processes. 1. 67-70 (2012).
McCulloch M., D’Olivo J., Falter J., Holcomb M., and Trotter J.A. ”Coral calcification in a changing World and the interactive dynamics of pH and DIC upregulation.” Nat Commun 8, 15686 (2017). https://doi.org/10.1038/ncomms15686
NOAA. “Zooxanthellae… What’s that?”. National Ocean Service website, Accessed 16, Jul 2021. https://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_corals/coral02_zooxanthellae.html
Osinga R., Schutter M., Griffioen B., Wijffels R.H., Verreth J.A., Shafir S., Henard S., Taruffi M., Gili C., and Lavorano S. “The biology and economics of coral growth.” Marine biotechnology (New York, N.Y.), 13(4), 658–671 (2011). https://doi.org/10.1007/s10126-011-9382-7
Pappas M. “Coral Bleaching.” Emerging Creatives of Science, (19 Oct. 2020) Accessed on 18 Jul 2021. https://www.emergingcreativesofscience.com/post/coral-bleaching
Schutter M., Van der Ven R., Janse M., Verreth J., Wijffels R., and Osinga R. “Light intensity, photoperiod duration, daily light flux and coral growth of Galaxea fascicularis in an aquarium setting: A matter of photons?” Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 92(4), 703-712 (2012). https://doi.org/10.1017/S0025315411000920
Venn A.A., Tambutté E., Caminiti-Segonds N., Teacher N., Allemand D., and Tambutté S. “Effects of light and darkness on pH regulation in three coral species exposed to seawater acidification.” Sci Rep 9, 2201 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-018-38168-0
Veron J.E.N., Stafford-Smith M.G., Turak E., and DeVantier L.M. “Corals of the World.” (2016) Accessed 16 Jul 2021. http://www.coralsoftheworld.org/page/structure-and-growth/
Wang X., Zoccola D., Liew Y.J., Tambutte E., Cui G., Allemand D., Tambutte S., and Aranda M., “The Evolution of Calcification in Reef-Building Corals” Molecular Biology and Evolution, 2021; msab103, https://doi.org/10.1093/molbev/msab103
La anterior nota es una traducción literal de la nota publicada en el sitio Reef.com que se llama “Calcification of SPS Corals in the Reef Aquarium Hobby” dando clic al título los llevará a la nota original en su idioma en Ingles. Se comparte en este blog con propósitos educativos al traducir el material al idioma en español para los acuaristas que no leen inglés.