Estudio de los Arrecifes Acropora cervicornis para la Conservación de la Especie Utilizando Técnicas de Aprendizaje Computarizado no Supervisado y Simulaciones Mecánicas

 Los arrecifes de coral son especies vivientes marinas las cuales proporcionan un hábitat para dos tercios de la vida que existe en el mar. Existen diversos tipos de especies de coral a lo largo de los océanos que bañan al globo terráqueo, y debido al efecto de la actividad humana en las aguas del planeta esta población de corales está decayendo rápidamente.

Los cambios en la temperatura del agua debido al calentamiento global, o la inclusión de una corriente más cálida al extraer calor de procesos industriales y depositar esta agua en los mares, al igual que el incremento del nivel de acidez de las aguas debido a la contaminación o el uso de bloqueador solar en las playas está trayendo como consecuencia que los corales de los océanos vayan desapareciendo debido a la inestabilidad que estos factores traen en su ecosistema. Otro factor que está afectando el desarrollo de los corales es la presencia de microplásticos en las aguas los cuales ocupan el lugar de los pólipos (organismo viviente que habita y forma el esqueleto, o parte "rocosa" del coral) y no dejan que estos se asienten en el esqueleto del coral, interrumpiendo así con la vida de los mismos. Uno de los problemas más grandes que está teniendo la población de corales de Tierra es el fenómeno conocido como "Bleaching"o blanqueamiento del coral, el cual deja el esqueleto blanco y hace desaparecer el tejido orgánico del mismo.

Ejemplo de un hábitat de corales de la familia Acropora cervicornis blanqueado ("Bleaching")

                         Fuente: Euronews. 

Los corales son organismos muy susceptibles a los cambios de su entorno y crecen a un ritmo muy lento, siendo el Acropora cervicornis uno de los que han demostrado un ratio de crecimiento alto con 14 cm al año. Debido a esto, varios países, como la República Dominicana, se han dado a la tarea de crear criaderos de esta especie de coral para fomentar la conservación de la especie, crear rompeolas naturales que sirvan para las playas de los hoteles del país e incrementar el ecoturismo de playa ya que los arrecifes atraen más vida marina a las costas.

Polipo de Acropora cervicornis en coral vivo

                     Fuente: artwanted.com

Con este propósito, el estudio de las propiedades mecánicas de los esqueletos de arrecifes es necesario ya que ayudaría a entender las fuerzas hidrodinámicas que actúan en los mismos y conseguir un sitio ideal para desarrollar criaderos exitosos que puedan conservar la especie [1]. Para hacer dicho estudio, la evaluación de la porosidad del esqueleto de coral es fundamental ya que esto garantiza la fragilidad de la estructura, compuesta de carbonato de calcio (CaCO3) con estructura de aragonito, y permite el desarrollo de modelos digitales para desarrollar simulaciones mecánicas y correr experimentos en el esqueleto de coral.

Para la evaluación de la porosidad del esqueleto, se empleó una técnica de aprendizaje de máquinas no supervisado, utilizando la librería de Google TEnsorFlow, el cual tomaba imágenes de rayos X de esqueletos de coral, entrenado con 500 imágenes en diferentes formas y tamaños de poros en esqueletos de coral, para luego analizar la porosidad del esqueleto de interés. Este estudio se encuentra contenido en [2] donde se pueden encontrar todos los detalles del origen del esqueleto de coral, su preparación y la extracción de las imágenes de interés.

La siguiente imagen muestra la distribución de la porosidad de un esqueleto de Acropora cervicornis extraído utilizando la técnica de aprendizaje computacional no supervisado a lo largo del esqueleto.

                               Fuente: Carrasco-Pena, 2019

Con esta información se pudo generar un modelo en tercera dimensión de una sección del esqueleto para calcular el modulo de elasticidad del mismo y los resultados se pueden encontrar en la siguiente imagen. El modulo de elasticidad obtenido a través de la técnica de aprendizaje computarizado no supervisado se comparó con datos similares utilizando técnicas teóricas y encontrados en la literatura y se puede ver la proximidad de los valores, así como la amplitud del rango de resultados que el análisis a través del aprendizaje computarizado ofrece, brindando un mejor entendimiento de esta propiedad mecánica del esqueleto de coral en base a la porosidad del mismo (línea negra con acentos cuadrados del gráfico).

        

Fuente: Carrasco-Pena, 2019

En conclusión, le preservación de los corales es de inmensa importancia para la vida marina y terrestre, donde todos debemos aportar para que estos no desaparezcan. El uso de técnicas de aprendizaje computarizado en conjunto con análisis mecánico probó ser de mucho beneficio para este objetivo, y a medida que se puedan obtener más datos referentes a la estructura de los corales estudios más profundos se podrán realizar. Este es el inicio de una técnica potencial para el estudio de los corales y su conservación donde, según el conocimiento de los autores, es el primero en su clase.

Referencias

[1] Omer, M., Carrasco-Pena, A., Orlovskaya, N., Collins, B. E., Yarmolenko, S. N., Sankar, J., ... & Fauth, J. E. (2020). Structural and mechanical properties of staghorn coral (Acropora cervicornis) CaCO3 aragonite skeletons, cleaned by chemical bleaching and biological processes. Advances in Applied Ceramics, 1-5.

[2] Carrasco-Pena, A. (2019). Mechanical Properties of Brittle Ceramics: Case Study of Boron Rich Ceramics and Acropora cervicornis Coral Skeleton.[1] Omer, M., Carrasco-Pena, A., Orlovskaya, N., Collins, B. E., Yarmolenko, S. N., Sankar, J., ... & Fauth, J. E. (2020). Structural and mechanical properties of staghorn coral (Acropora cervicornis) CaCO3 aragonite skeletons, cleaned by chemical bleaching and biological processes. Advances in Applied Ceramics, 1-5.