Impresiones 3D podrían ayudar a los arrecifes en peligro de extinción

Los desastres naturales como los huracanes a menudo dejan devastación a su paso. Los residentes que viven en las áreas afectadas a veces son desplazados o requieren refugio temporal mientras sus casas, o incluso vecindarios, son reparadas o reconstruidas .

Pero, ¿qué pasa si eres un pez y tu hogar es un arrecife de coral?

Los investigadores de todo el mundo están buscando formas de ayudar a los arrecifes en peligro de extinción, y los animales que viven allí, resisten o se recuperan de los fenómenos meteorológicos, incluidos el blanqueamiento y las tormentas que pueden ocurrir con temperaturas del agua cada vez más cálidas.

Una idea es utilizar modelos de coral impresos en 3D para reemplazar o complementar los sistemas de arrecifes de coral que se han visto afectados.

Una nueva investigación de Danielle Dixson de la Universidad de Delaware y la alumna de la UD Emily Ruhl ha demostrado que los objetos impresos en 3D no afectan el comportamiento de la damisela asociada a los corales ni la supervivencia de un coral pedregoso que se está asentando.

Además, el estudio demostró que los peces no mostraron preferencia entre los materiales utilizados para imprimir corales artificiales en 3D, abriendo la puerta al uso de materiales ecológicos, como la maicena biodegradable en lugar del plástico.

Con las crecientes preocupaciones sobre la contaminación plástica en el medio marino, es una evidencia oportuna que puede apoyar las decisiones con conciencia ambiental sobre lo que se deposita en el océano.

Los investigadores informaron sus resultados en PLOS One, una revista de código abierto revisada por pares.

Prueba de materiales impresos en 3D

Al igual que otros que estudian este problema, Dixson y Ruhl están buscando formas de mantener a los animales correctos en un arrecife después de una emergencia para recuperar combustible. Una consideración importante es saber que cualquier material impreso en 3D utilizado no dañará a los corales ni afectará negativamente el comportamiento de los peces.

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"Si los peces en un arrecife no usan los modelos de coral impresos en 3D como hábitat en la naturaleza, podría ponerlos en mayor riesgo de depredación por otras especies más grandes", dijo Dixson, profesor asociado en el Colegio de la Tierra de la UD., Escuela de Ciencias y Políticas Marinas de Ocean and Environment. "Si las larvas de coral no se asientan en materiales impresos en 3D, no pueden ayudar a reconstruir el arrecife".

En experimentos de laboratorio, los investigadores estudiaron el comportamiento de las larvas de coral de caballito del diablo y mostaza en presencia de un esqueleto de coral y cuatro modelos de coral impresos en 3D hechos de diferentes filamentos. El caballito del diablo azul-verde (Chromis Viridis) es un pez común asociado con los corales que se encuentra en los océanos Índico y Pacífico, mientras que los corales mostaza (Porites astreoides) son corales pétreos que se encuentran en el Mar Caribe.

Los modelos de coral en 3D se hicieron replicando un esqueleto de coral usando 50 imágenes de iPhone del coral tomadas desde todos los ángulos y una impresora 3D. Los investigadores imprimieron en 3D cuatro modelos diferentes de coral artificial a partir de filamentos de bajo costo y ampliamente disponibles, que incluyen poliéster y dos materiales biodegradables, uno hecho de almidón de maíz y otro de almidón de maíz combinado con polvo de acero inoxidable.

Los investigadores colocaron al caballito del diablo en una pecera cargada con el esqueleto de coral y las cuatro opciones de hábitat artificial, en lo que se conoce como un experimento de elección de estilo de cafetería, y estudiaron si los peces preferían un hábitat sobre otro.

El análisis de comportamiento mostró que el caballito del diablo no mostró una preferencia entre el esqueleto de coral nativo y los materiales de coral impresos en 3D. El nivel de actividad de los peces, como la frecuencia de movimiento y la distancia que los peces recorrieron en el tanque, también se mantuvo sin importar el hábitat de coral que se les proporcionó.

Ruhl dijo que estaba sorprendida de que los peces se comportaran igual cerca del coral artificial, incluso con un esqueleto de coral natural presente.

"Pensé que el esqueleto natural provocaría un comportamiento más dócil (es decir, aceptar) en comparación con los objetos impresos en 3D", dijo Ruhl, quien obtuvo su maestría en biociencias marinas en UD en 2018. "Pero luego nos dimos cuenta de los pequeños peces de arrecife no les importaba si el hábitat era artificial o carbonato de calcio, solo querían protección ".

Los experimentos de laboratorio de los investigadores también revelaron que las larvas de coral mostaza se asentaron a tasas mucho más altas en superficies impresas en 3D en comparación con no tener ninguna superficie de asentamiento, lo que podría ocurrir si un arrecife se aplastara en una tormenta.

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Esta es una noticia prometedora ya que tanto los peces como los arrecifes asociados a los arrecifes son especies animales vulnerables, lo que los convierte en un buen indicador para comprender cómo otros organismos de arrecifes responderán a los materiales impresos en 3D en el océano abierto.

A medida que los arrecifes de coral se degradan, a menudo pierden complejidad estructural, lo cual es un problema para los peces asociados a los arrecifes que rara vez se mueven a más de 15 pies de su hogar en toda su vida. Sin un hábitat adecuado, los peces juveniles asociados a los arrecifes de coral no crecen hasta convertirse en peces más grandes, y sin peces más grandes que se alimentan de algas competitivas, las algas pueden sobrecrecer los corales vivos, causando destrucción y poniendo en riesgo todo el ecosistema.

En un trabajo en curso, los investigadores están analizando datos de campo de Fiji donde desplegaron corales y azulejos impresos en 3D hechos de filamentos de almidón de maíz biodegradables después de determinar que eran seguros de usar. Están analizando lo que se instaló en las baldosas artificiales, con la vista puesta en métodos que respaldarían los esfuerzos de conservación.

"Ofrecer hábitats impresos en 3D es una forma de proporcionar a los organismos arrecifales un kit de inicio estructural que puede convertirse en parte del paisaje a medida que los peces y los corales construyen sus hogares alrededor del coral artificial", dijo Dixson. "Y dado que los materiales que seleccionamos son biodegradables, el coral artificial se degradaría naturalmente con el tiempo a medida que el coral vivo crezca demasiado".

Además, los modelos de coral impresos en 3D pueden ser útiles como control para estudios de laboratorio relacionados con peces, permitiendo a los investigadores proporcionar a cada pez un hábitat idéntico, algo que actualmente no es posible con el uso de esqueletos de coral, dijo Dixson.

Ruhl, quien realizó la investigación original con Dixson como estudiante graduado de la UD, ahora es biólogo investigador en el Centro de Investigación y Desarrollo del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. En Mississippi. Allí, Ruhl estudia el comportamiento y la cognición de los peces de agua dulce para encontrar formas de mitigar las especies invasoras, como la carpa asiática. Es un papel que se enganchó con la ayuda de la ex alumna de CEOE Kaytee Pokrzywinski, que ilustra el poder de la red de alumnos Blue Hen. En el futuro, a Ruhl le gustaría convertirse en oficial del Cuerpo de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA).