Aiptasia larvae are phenotypically validated as a model of coral bleaching using high-throughput machine-learning image analysis

Los arrecifes de coral se encuentran entre los ecosistemas más vibrantes y vitales de la Tierra, ya que sustentan una vasta variedad de vida marina y protegen las costas de las tormentas. Sin embargo, estas ciudades submarinas están desapareciendo. Un motor principal de esta pérdida es un fenómeno conocido como blanqueamiento, el cual ocurre cuando el aumento de las temperaturas oceánicas rompe la delicada asociación entre los animales de coral y las algas microscópicas que viven en su interior. Estas algas proporcionan al coral alimento a través de la fotosíntesis, pero cuando el agua se calienta demasiado, el coral las expulsa, volviéndose blanco y muriendo de hambre. Para entender cómo salvar estos arrecifes, los científicos necesitan estudiar exactamente cómo y por qué colapsa esta asociación. Durante años, los investigadores han utilizado una pequeña anemona de mar llamada Aiptasia como un sustituto del coral. Si bien las anemonas adultas son útiles, son grandes, opacas y difíciles de estudiar en grandes cantidades sin dañarlas. Esta limitación ha dificultado la realización de los experimentos rápidos y a gran escala necesarios para encontrar soluciones.

Un equipo de investigadores se ha dirigido ahora a una etapa diferente de la vida de la anemona: la larva. Estas criaturas diminutas y transparentes tienen solo el ancho de un cabello humano y son lo suficientemente claras como para verse a través de ellas. Los investigadores descubrieron que estas larvas reaccionan al estrés térmico de la misma manera que lo hacen los corales adultos, perdiendo sus algas internas y "blanqueándose". Para probar esto, sometieron a miles de larvas a agua cálida y las observaron durante varios días. Descubrieron que, tras dos días de estrés térmico, el número de larvas sanas disminuyó significamente y, a los cuatro días, la mayoría había perdido sus algas. Esto confirmó que las diminutas y transparentes larvas son un modelo perfecto y de rápido crecimiento para estudiar la ruptura de la relación entre el coral y el alga.

Sin embargo, contar y analizar estas diminutas criaturas a mano es increíblemente lento y tedioso. Una sola imagen de microscopio puede contener docenas de larvas en diferentes estados de salud, y determinar si una célula de alga está de forma segura dentro del tejido de una larva o simplemente flotando en su estómago requiere observar la imagen en tres dimensiones. Hacer esto para cientos de imágenes le tomó a los investigadores más de veinte horas de intensa concentración. Para resolver este cuello de botella, construyeron un nuevo programa informático llamado SYMPHONY. Esta herramienta utiliza inteligencia artificial para observar las imágenes del microscopio, identificar cada larva individual y determinar su estado de salud en cuestión de minutos. El programa funciona aplanando las imágenes 3D en un formato 2D que preserva la información de profundidad necesaria para distinguir si las algas están en el lugar correcto. Luego, utiliza un sistema preentrenado, diseñado originalmente para detectar células en tejido humano, para encontrar las larvas, y un segundo sistema para clasificarlas como sanas, blanqueadas o demasiado difíciles de juzgar.

Los resultados mostraron que el programa informático podía igualar el trabajo de expertos humanos con alta precisión, identificando el estado de salud correcto de las larvas aproximadamente el 79 por ciento de las veces. Más importante aún, el programa confirmó las mismas tendencias que encontraron los humanos: el estrés térmico causa que las larvas pierdan sus algas, y cuanto más dura el calor, más severa es la pérdida. Aunque la computadora señaló algunas imágenes como demasiado confusas para ser juzgadas automáticamente, aun así ahorró a los investigadores más de veinte horas de labor para este único estudio. Al combinar un modelo de animal diminuto y transparente con una forma inteligente y automatizada de contarlos, los investigadores han creado una nueva y poderosa herramienta. Este enfoque permite a los científicos probar miles de larvas rápidamente, abriendo la puerta a descubrimientos más veloces sobre cómo responden los corales al calor y qué podría ayudarlos a sobrevivir en un océano que se calienta.