À medida que os recifes de coral se deterioram devido às mudanças climáticas, uma equipe de pesquisa interdisciplinar da Northwestern Engineering desenvolveu um método inovador para criar imagens de estruturas em nanoescala de corais e quantificar a absorção de pigmentos em corais vivos, um indicador da saúde do coral. A plataforma de imagem pode se tornar uma ferramenta valiosa para ajudar os biólogos marinhos a entender melhor a fisiologia dos corais, bem como medir e monitorar a saúde dos corais.

Corais construtores de recifes abrigam mais de 1 milhão de espécies em nossos oceanos. No entanto, o aumento da temperatura do oceano deu origem ao branqueamento de corais, um fenômeno onde os corais expelem suas algas vitais, comprometendo a saúde e a sustentabilidade das colônias.

"Os recifes de coral fornecem ecossistemas extremamente importantes, mas eles estão branqueando a taxas alarmantes devido ao aquecimento global, "disse Luisa Marcelino, professor assistente de pesquisa de engenharia civil e ambiental na Northwestern Engineering. “A fim de desenvolver estratégias para prevenir a morte dos recifes de coral, é fundamental compreender os mecanismos de branqueamento. Contudo, não há meios atuais para obter imagens de tecido de coral vivo devido à complexidade de sua estrutura. "

A equipe da McCormick School of Engineering publicou seus insights em um artigo intitulado "Measuring Light Scattering and Absorption with Inverse Spectroscopic Optical Coherence Tomography (ISOCT):Uma nova ferramenta para monitoramento não invasivo" em 2 de outubro na revista Relatórios Científicos . Marcelino atuou como co-autor correspondente do estudo junto com Vadim Backman, Walter Dill Scott Professor de Engenharia Biomédica.

A pesquisa expande o trabalho anterior de Marcelino e Backman estudando coral, que inclui o desenvolvimento de um índice quantitativo de resposta ao branqueamento de coral em 2016. O primeiro banco de dados desse tipo, o índice usou dados históricos para medir a distribuição estatística de densidade de massa de esqueletos de coral, uma característica ligada à suscetibilidade ao clareamento. O índice também detalhou quais espécies de corais do mundo estão em maior risco de branqueamento e com maior probabilidade de morrer como resultado do estresse térmico causado pelo aquecimento dos oceanos.

Quando o índice de coral foi criado, a equipe não conseguiu obter imagens de amostras de corais de forma não invasiva. A nova técnica de imagem, chamada de tomografia de coerência óptica espectroscópica inversa (ISOCT), usa lasers para escanear corais vivos e medir suas propriedades ópticas em resolução 3D completa.

"Nós originalmente desenvolvemos o ISOCT para criar imagens de tecidos humanos a fim de compreender melhor as alterações na carcinogênese inicial, "disse Backman, que lidera o Centro de Genômica e Engenharia Física da Northwestern. "Tivemos que adaptá-lo e aprimorá-lo para imagens de corais, que produziu um exemplo emocionante de polinização cruzada em ciência e tecnologia. "

O ISOCT não só fornece maior clareza na distribuição estatística da densidade de massa do esqueleto e tecidos de diferentes espécies de corais, também quantifica a concentração química dentro do coral, incluindo níveis de clorofila e outros pigmentos fluorescentes.

"Os corais se adaptaram ao longo da evolução para colher luz de uma maneira específica. À medida que o ambiente muda e os oceanos ficam mais quentes, a capacidade de se adaptar a essas mudanças pode ser afetada por sua fisiologia básica, "disse Graham Spicer (Ph.D. 19), co-primeiro autor do estudo e ex-Ph.D. estudante no laboratório de Backman. "ISOCT fornece informações resolvidas espacialmente, portanto, podemos estudar exatamente como as espécies de coral podem se adaptar melhor do que outras às mudanças ambientais. "

Ao iluminar novos insights sobre como o coral se adapta às pressões ambientais, a equipe acredita que o ISOCT pode ajudar os biólogos marinhos a criar novas estratégias para proteger espécies particularmente suscetíveis ao branqueamento devido às mudanças climáticas.

"A nova técnica de imagem fornece a primeira análise abrangente da estrutura e função dos corais vivos, que é um passo crítico para entender melhor como os corais branqueiam e morrem, "Backman disse." Compreender esses processos pode ajudar a projetar estratégias para desacelerar ou prevenir o branqueamento do coral.

Spicer acrescentou que uma maior compreensão dos corais também pode apresentar novas oportunidades em outra frente ambiental - a captura solar.

"Os corais se adaptaram ao longo de milhões de anos para coletar a luz de maneira ideal, considerando seu ambiente, "Spicer disse." Se pudéssemos entender completamente os mecanismos pelos quais os corais foram otimizados por meio da evolução para colher luz, poderíamos desenvolver estratégias semelhantes como base para soluções de captação de energia solar. "