Juan Armando Sanchez Muñoz

Este proyecto es la primera iniciativa tangible para buscar indicadores medibles, de bajo costo, para la gestión de la acidificación oceánica, cuyas consecuencias son la perdida de la acreción arrecifal y de su tridimensionalidad, con la consecuente pérdida de servicios ecosistémicos, incluyendo entre ellos, la protección de la erosión costera tanto en el mar Pacífico como en el Caribe, formación de playas, turismo, buceo Scuba y recursos pesqueros, entre otros. Aunque la microbioerosión se ha estimado experimentalmente en bloques de coral muerto [1], este sustrato varía notablemente en su porosidad, dureza y material. Por lo tanto, los resultados que utilizan roca coralina no son replicables y menos pueden considerarse como un indicador fiable de disolución y acidificación oceánica. Por lo tanto, este proyecto utilizando tecnología de materiales para reemplazamiento de piezas óseas en animales y humanos [2], desarrollará y obtendrá bloques de carbonato de calcio, pero con idéntica porosidad, densidad y mineral. Esta innovación, patentable, será de invaluable utilidad para el monitoreo y gestión de las tasas de disolución arrecifal y como un proxy de la acidificación oceánica.

Most tropical shallow-water corals harbour photosynthetic endosymbionts; thus, they have the capacity to utilize heterotrophy and autotrophy as food resources simultaneously, and this unique ability is called mixotrophy la (Lasker, 1981; Fabricius & Klumpp, 1995; Baker et al., 2015; Rossi et al., 2018). The heterotrophic feeding in octocorals has been broadly studied, and feeding was shown to consist of particulate organic matter, zooplankton, phytoplankton and microplankton. However, the contribution of this behavior to octocorals energetic requirements is apparently low and is still unknown in many taxa (Fabricius & Klumpp, 1995; Ribes et al., 1998). Furthermore, some studies quantified the zooxanthellae photosynthetic activity and established it as the primary energy resource for some shallow-water octocorals (Baker et al., 2015; Rossi et al., 2020). Several studies on the trophic preference of Caribbean octocorals suggest that this topic is in urgent need of further additional research (Rossi et al., 2018, 2020; Kupfner Johnson & Hallock, 2020). In order to elucidate the ecological diversification process of the genus Eunicea, we will employ novel approaches to study the ecological factors that could be promoting the high diversity in this group. We will compare the mixotrophic strategies across the Eunicea species in relation to their morphology and environment.

Este proyecto es la primera iniciativa tangible para buscar indicadores medibles, de bajo costo, para la gestión de la acidificación oceánica, cuyas consecuencias son la perdida de la acreción arrecifal y de su tridimensionalidad, con la consecuente pérdida de servicios ecosistémicos, incluyendo entre ellos, la protección de la erosión costera tanto en el mar Pacífico como en el Caribe, formación de playas, turismo, buceo Scuba y recursos pesqueros, entre otros. Aunque la microbioerosión se ha estimado experimentalmente en bloques de coral muerto [1], este sustrato varía notablemente en su porosidad, dureza y material. Por lo tanto, los resultados que utilizan roca coralina no son replicables y menos pueden considerarse como un indicador fiable de disolución y acidificación oceánica. Por lo tanto, este proyecto utilizando tecnología de materiales para reemplazamiento de piezas óseas en animales y humanos [2], desarrollará y obtendrá bloques de carbonato de calcio, pero con idéntica porosidad, densidad y mineral. Esta innovación, patentable, será de invaluable utilidad para el monitoreo y gestión de las tasas de disolución arrecifal y como un proxy de la acidificación oceánica.

Most tropical shallow-water corals harbour photosynthetic endosymbionts; thus, they have the capacity to utilize heterotrophy and autotrophy as food resources simultaneously, and this unique ability is called mixotrophy la (Lasker, 1981; Fabricius & Klumpp, 1995; Baker et al., 2015; Rossi et al., 2018). The heterotrophic feeding in octocorals has been broadly studied, and feeding was shown to consist of particulate organic matter, zooplankton, phytoplankton and microplankton. However, the contribution of this behavior to octocorals energetic requirements is apparently low and is still unknown in many taxa (Fabricius & Klumpp, 1995; Ribes et al., 1998). Furthermore, some studies quantified the zooxanthellae photosynthetic activity and established it as the primary energy resource for some shallow-water octocorals (Baker et al., 2015; Rossi et al., 2020). Several studies on the trophic preference of Caribbean octocorals suggest that this topic is in urgent need of further additional research (Rossi et al., 2018, 2020; Kupfner Johnson & Hallock, 2020). In order to elucidate the ecological diversification process of the genus Eunicea, we will employ novel approaches to study the ecological factors that could be promoting the high diversity in this group. We will compare the mixotrophic strategies across the Eunicea species in relation to their morphology and environment.

Los ecosistemas naturales atraviesan por una degradación sorprendente, que incluye cambio climático, la sobre explotación y la alteración de los ciclos del carbono, lo cual empieza a tener efectos devastadores en los océanos provocando su acidificación. Los arrecifes coralinos han llevado la peor parte con los eventos de blanqueamiento y mortandad coralina, cada vez más frecuentes, y enfrentan su peor amenaza, la acidificación que induce disolución y bioerosión. Dentro de las observaciones experimentales de los efectos de la acidificación oceánica en arrecifes coralinos esta un mayor protagonismo de los microbioerodadores y en especial de las algas euendolíticas. Particularmente importantes son las algas perforadoras del género Ostreobium, quienes son los microbioerodadores más abundantes y potentes en los arrecifes coralinos. Este proyecto se enfoca en determinar la diversidad y abundancia de Ostreobium, así como su tasa bioerosiva, en arrecifes someros y mesofóticos, costeros y oceánicos. Nuestros hallazgos recientes sugieren que Ostreobium es tan diverso o más que Symbiodinium y que algunas especies de corales constructores de arrecifes se asocian de forma mutualista con las algas euendolíticas en especial hacia la zona mesofótica del arrecife. Estos nuevos resultados apoyan aún más la hipótesis del refugio profundo en la zona mesofótica, donde las especies de corales se refugian de las condiciones cambiantes, mientras se adaptan. El proyecto evaluará la extensión e importancia ecológica de la simbiosis en arrecifes coralinos, los posibles efectos que pueda tener la progresiva acidificación de los océanos sobre procesos de acreción y erosión, además de generar una línea base de la química de los carbonatos para futuros monitoreos de acidificación marina. La investigación incluye experimentación, histología y ecología molecular de organismos entre 5 a 105 m de profundidad en los arrecifes de diferentes provincias biogeográficas como lo es el Caribe en la isla de San Andrés y Barú (Cartagena), y el Pacífico como las Islas Malpelo, Gorgona y la zona de Cabo Corrientes, Colombia. El proyecto apoyará un investigador postdoctoral y seis jóvenes investigadores, todo esto dentro de un marco de estudio experimental complementado con el desarrollo de un sistema de monitoreo de la bioerosión, como proxy de la acidificación oceánica en arrecifes coralinos.

Los ecosistemas naturales atraviesan por una degradación sorprendente, que incluye cambio climático, la sobre explotación y la alteración de los ciclos del carbono, lo cual empieza a tener efectos devastadores en los océanos provocando su acidificación. Los arrecifes coralinos han llevado la peor parte con los eventos de blanqueamiento y mortandad coralina, cada vez más frecuentes, y enfrentan su peor amenaza, la acidificación que induce disolución y bioerosión. Dentro de las observaciones experimentales de los efectos de la acidificación oceánica en arrecifes coralinos esta un mayor protagonismo de los microbioerodadores y en especial de las algas euendolíticas. Particularmente importantes son las algas perforadoras del género Ostreobium, quienes son los microbioerodadores más abundantes y potentes en los arrecifes coralinos. Este proyecto se enfoca en determinar la diversidad y abundancia de Ostreobium, así como su tasa bioerosiva, en arrecifes someros y mesofóticos, costeros y oceánicos. Nuestros hallazgos recientes sugieren que Ostreobium es tan diverso o más que Symbiodinium y que algunas especies de corales constructores de arrecifes se asocian de forma mutualista con las algas euendolíticas en especial hacia la zona mesofótica del arrecife. Estos nuevos resultados apoyan aún más la hipótesis del refugio profundo en la zona mesofótica, donde las especies de corales se refugian de las condiciones cambiantes, mientras se adaptan. El proyecto evaluará la extensión e importancia ecológica de la simbiosis en arrecifes coralinos, además de generar una línea base para futuros monitoreos de acidificación marina.

Los ecosistemas de arrecifes de coral están influenciados por diversas comunidades microbianas, albergando algunas de las comunidades endosimbióticas más diversas y abundantes (Ainsworth et al., 2015) conectadas a la salud y resistencia de sus huéspedes (Pantos et al., 2003 ; Ritchie 2006). Los simbiontes bacterianos son reconocidos como contribuyentes integrales en el ciclado de nutrientes, y en la aclimatación y adaptación a los cambios en las condiciones ambientales marinas (Sachs et al., 2011, Bosch y McFall-Ngai, 2011). Por lo tanto, las bacterias simbióticas se consideran un componente importante del "sistema inmune del coral”, y factor contribuyente a la nutrición y desarrollo metabólico de los octocorales tanto en el Mar Caribe como en el Pacífico Oriental Tropical (TEP).Como una de las pocas especies de octocorales con amplia distribución, tanto en el Océano Atlántico como en el TEP, y en ambientes mesofóticos y someros, Muricea ofrece grandes posibilidades para la investigación integrativa en temas filogenómicos, metagenómicos, ecológicos y evolutivos. El factor adicional para considerar a Muricea como un importante organismo de estudio, es la presencia de especies con zooxantelas y sin zooxantelas en la misma cuenca hidrográfica (Mar Caribe), permitiendo el estudio de la radiación adaptativa del género en términos de la explotación de nuevas oportunidades tróficas a través de endosimbiosis en ambos lados de América (Quattrini et al., 2013; Sánchez 2016) sustentando así  la hipótesis de la filosimbiosis con su comunidad bacteriana.En este proyecto se espera evidenciar una señal filogenética y metagenómica en el género Muricea para soportar la hipótesis de filosimbiosis en el Pacífico Oriental Tropical (TEP)(Malpelo, Colombia y Puerto López, Ecuador) y en el Mar Caribe (Cartagena, San Andrés; Colombia y Florida, USA). Para ello se determinará la filogenia del género Muricea y se comparará la comunidad microbiana intra e interespecie en Muricea con o sin zooxantelas en ambientes someros y mesofóticos

The rise and closure of the Isthmus of Panama induced dramatic oceanographic changes at both sides of tropical America with major effects on marine diversity. The Atlantic Ocean turned oligotrophic with an impoverishment of plankton greatly noted with the nearly absence of radiolarians and diatoms, whereas Eastern Pacific (turned into a mesotrophic ocean with cooler waters and localized upwelling. Undoubtedly the major natural evolutionary experiment–that one can have access to–is the closure of the Isthmus of Panama. However, the geological date for the completion of the closure of the Isthmus, which was thought to be around 3.5-2.8 MYA, has been recently under controversy due to new fossil and geological evidence, which evidence suggest it could be older than 10 MYA. The objective of this proposal is to evaluate the effect of ecological divergence during a major allopatric event (the closure of the Isthmus of Panamá). To answer this question, the approach includes multiple lineages of marine organisms, seeking geminate species, and including lineages from diverse trophic levels in rocky littorals, which include grazers, suspension feeders and predators. Using population genomics techniques, the project will extract genetic targeting between 10000 and 40000 SNPs among pairs of geminate species. One of the major advantages of the approach proposed in this proposal is the great availability of fossils from the study systems upon which time-calibrated evolutionary rates can be based on. The expected outcomes from this proposal includes. (1) Differential rates of molecular evolution among different taxa but statistically significant differences among lineages of certain trophic levels. (2) Species from trophic levels facing the most drastic environmental changes after the closure of the Isthmus of Panama (e.g., filter feeding taxa) will show significant outlier loci (Fst) indicating positive selection and adaptive divergence. (3) Despite the differences in molecular evolution rates among SNP loci, it is expected that the combined matrix adjust to a relaxed molecular clock indicating a split older than 10 MYA (alternatively 3.5-2.8 MYA).

Este proyecto determinará por primera vez en el país la biodiversidad (composición y estructura) de las especies que cubren el fondo marino (bentónicas), especies de peces y la conectividad entre las poblaciones de corales (patrones de flujo genético) de los arrecifes mesofóticos (distribuidos entre 30 y 120 m de profundidad) de la costa Caribe colombiana. Los arrecifes mesofóticos se caracterizan por tener una disminución abrupta en la penetración de la luz solar, localizándose por lo tanto en la zona conocida como crepúsculo. Planteamos realizar las primeras exploraciones sistemáticas en Colombia de los arrecifes mesofóticos mediante buceo técnico (CCR-Closed Circit Rebreather) y Trimix (mezcla de Aire, Oxígeno y Helio). Se estudiará la conectividad genética entre los arrecifes mesofóticos tomando como modelo de estudio a especies representativas de los diferentes grupos de corales (pétreos, negros y octocorales). Se evaluará la conectividad y flujo genético entre las poblaciones de corales mediante genómica poblacional (ezRAD) cuya estrategia ofrece a bajo costo la más alta densidad de marcadores moleculares en cada individuo. El muestreo de las diferentes especies se hará en conjunto con los primeros estudios descriptivos de estos arrecifes (cobertura del fondo, foraminíferos indicadores y abundancia de peces).