De baai van Cartagena is misschien wel de laatste plaats waar je een koraalrif zou verwachten. De wolkenkrabbers en hotels van het resort-zware Bocagrande omhelzen het nabijgelegen strand. Cruiseschepen en vrachtschepen varen door de drukke haven. De levendige, historische stad zelf is zowel de belangrijkste toeristische bestemming van Colombia als een van de belangrijkste havens.

Op een bepaald moment, inderdaad, deze ondiepe baai was vrijwel bedekt met koraal. Maar dat begon te veranderen toen de Spanjaarden in 1533 arriveerden. Toen ze de rijkdommen van het Zuid-Amerikaanse binnenland ontdekten, Spaanse ingenieurs bouwden het Canal del Dique, het omleiden van de machtige Magdalena-rivier om zilver en goud te vervoeren. Leegmakend in de baai, het kanaal bracht ook twee andere dingen, beide schadelijk voor ongewervelde zeedieren:zoet water, en tonnen en tonnen sediment. Vandaag, vijfhonderd jaar later, bijna al het koraal is verdwenen. Maar daar aan de monding van de baai, verborgen onder drie meter water zo troebel en smerig dat je zou kunnen blancheren om je elleboog erin te steken, woont op een vierkante kilometer rif dat een van de beste in het hele Caribisch gebied is.

Varadero-rif is al lang bekend bij de bewoners van de lokale eilandgemeenschappen. Afstammelingen van slaven die werden gebracht om de stevige stenen forten te bouwen die nog steeds uitkijken over de haven, ze hebben altijd op het rif gevist voor hun voedsel. Maar het was pas in 2013 dat Varadero door de wetenschap werd ontdekt. Toen gingen lokale biologen duiken naar een voorbeeld van een aangetast rif, een waarvan ze dachten dat deze misschien overgroeid was met invasieve sponzen. Wat ze in plaats daarvan vonden was een echte koraaltuin, met meer dan 30 soorten die tot 80 procent van het oppervlak beslaan.

Mónica Medina hoorde een jaar later over Varadero. Een koraalmicrobioloog in Penn State, ze was naar een conferentie in Cartagena gegaan om een ​​lezing over haar werk te geven. Toen de conferentie voorbij was, een collega stond erop haar naar de plek te brengen.

"Het gekke is dat je naar beneden zwemt en je de persoon naast je niet kunt zien, het is zo troebel, "zegt Medina. "Er is een vuile laag zoet water bovenop, en dan wordt het helder en is er een geweldig rif daar beneden."

Onder de microscoop

Medina's eerste gedachte was automatisch:waarom doet dit rif het zo goed? koralen, zij wist, zijn als geen ander dier afhankelijk van de aanwezigheid van zonlicht. Preciezer, de microscopisch kleine algen die in koralen leven, zijn afhankelijk van zonlicht om te genereren, via fotosynthese, de energie die koralen nodig hebben om te leven en te groeien. koralen, daarom, doe het het beste in kristalhelder water, ondiep genoeg om zonlicht gemakkelijk door te laten. Hoe kan hier een rif bloeien, uitgehongerd van licht en verstikt door sediment en vervuiling?

Het is een vraag waarvan de antwoorden wereldwijde implicaties kunnen hebben. Met riffen over de hele wereld die afsterven als reactie op de stijgende oceaantemperaturen, veerkracht is een sleutelbegrip geworden onder koraalbiologen. Zoals Medina en anderen hebben aangetoond, sommige soorten koraal hebben het vermogen om te overleven in minder dan optimale omstandigheden, terwijl anderen omkomen. Wat geeft deze sterkere exemplaren de kracht om zich aan te passen en terug te stuiteren? Aanwijzen wat ze anders maakt, kan van vitaal belang zijn voor het voortbestaan ​​​​van koralen.

Als microbioloog, Medina was het meest geïnteresseerd in het microbioom van Varadero, de duizelingwekkend complexe gemeenschap bestaande uit alle bacteriën, archaea, en schimmels die leven in de koralen waaruit het rif bestaat. Zoals menselijke ingewanden en handgrepen van openbare toiletten, elk individueel koraal herbergt zijn eigen microscopisch kleine menagerie, gevormd door waar het leeft en wat voor soort organismen het is tegengekomen. Koraal dat zou kunnen slagen in deze uitdagende omgeving, ze redeneerde, zou inderdaad een zeer ongebruikelijk microbioom moeten hebben.

Terug in 2007, Medina, vervolgens aan de Universiteit van Californië in Merced, was een van de eersten die de volgende generatie gensequentietechnologie gebruikte om microbiomen in koralen te bekijken. Dat vroege werk noemt ze relatief grof:"We hebben zojuist stukjes koraal van een tiental soorten gepakt en ze vermalen en gesequenced, zo diep als we konden, "zegt ze. Toch, "We hebben een enorme microbiële diversiteit ontdekt." Daaropvolgende verfijningen toonden aan dat elk deel van een koraal - zijn skelet, het zachte weefsel, en het slijm dat het dier afscheidt - herbergt zijn eigen afzonderlijke gemeenschap.

Medina heeft de afgelopen jaren samengewerkt met Rebecca Vega Thurber van de Oregon State University om de biodiversiteit van koraalmicrobiomen over de hele wereld te catalogiseren, en ze verwachtte een onderscheidende handtekening te vinden in degenen die in Varadero konden overleven. De vraag was, waarom? Was het simpelweg omdat deze koralen zo goed waren geacclimatiseerd in hun atypische omgeving? Of waren ze in feite genetisch verschillend?

Een race tegen de klok

Het naderen van het antwoord betekende een race tegen de klok. Ironisch, Varadero's ontdekking valt samen met een periode van grote gisting in Colombia, veroorzaakt door de ondertekening van een historisch vredesakkoord na meer dan een halve eeuw bloedig conflict. Met verhoogde veiligheid en een nieuwe geest van optimisme, beleggersvertrouwen stijgt, en de lang onderdrukte krachten van de economische ontwikkeling zijn losgelaten. De resulterende snelle groei bedreigt iets dat de lange schaduw van geweld had weten te beschermen:de verbazingwekkende biodiversiteit van Colombia.

De baai van Cartagena, vooral, ondergaat een hausse in de scheepvaart en het luxetoerisme. De toename van het verkeer heeft geleid tot baggerplannen om de scheepvaartkanalen te verbreden, en de huidige blauwdruk voor die verbetering snijdt dwars door het hart van Varadero. Het rif dat zo lang onopgemerkt heeft bestaan, dreigt plotseling vernietigd te worden.

In 2014 en 2015 Medina en Penn State collega's Roberto Iglesias Prieto en postdoctoraal fellow Joe Pollock werkten samen met een team van Colombiaanse en Amerikaanse biologen om het rif in kaart te brengen en te onderzoeken, detaillering van de structuur en samenstelling en het catalogiseren van de variëteiten van het leven dat ze daar aantroffen. Maar een veel grondiger onderzoek zou nodig zijn om de volledigere lessen van Varadero te leren.

Lokale oppositie tegen het ontwikkelingsplan van de regering had nog niet veel grip gekregen, dus vroeg Medina snel een zogenaamde RAPID-subsidie ​​aan bij de National Science Foundation, gereserveerd voor dringende actie bij dreigende rampen. Toen dat verzoek werd afgewezen, ze legde haar zaak voor aan journaliste Lizzie Wade, die over Varadero schreef voor het tijdschrift Wetenschap .

"Dat verhaal hielp ons om de aandacht van NSF te trekken, "zegt Medina. "Het zorgde er ook voor dat het lokale nieuws opviel, wat onze Colombiaanse collega's heeft geholpen het fort te behouden en meer vocaal te zijn." Kort nadat het verhaal verscheen, Medina en Iglesias Prieto herwerkten hun voorstel, en dit keer werd de noodsubsidie ​​toegekend.

Wolken en zon

Toen ze terugkeerden naar Colombia en dieper begonnen te graven, Medina en Iglesias Prieto ontdekten dat het verhaal van Varadero ingewikkelder is dan ze eerst dachten. Uitleggen, Iglesias Prieto maakt een paar luchtfoto's van het rif, één genomen in december 2014 en de andere in januari 2015. Op de eerdere foto, het wateroppervlak is ondoordringbaar, een donkere wolk. In de seconde, het is bijna transparant - voldoende helder genoeg om de omtrek van een rif te laten zien.

"De eerste keer dat ik daar ging, de omstandigheden waren als volgt, " hij zegt, verwijzend naar de ondoorzichtige versie. "Maar wat we leren is dat de optische eigenschappen van het water hier heel snel veranderen." Varadero, met andere woorden, is niet altijd in troebelheid gehuld - soms is het water erboven helder. Het hangt allemaal af van het volume van de sedimentpluim die uit het kanaal stroomt, en de heersende circulatie in de baai.

"We weten nog niet hoe vaak het een, en hoeveel de ander, "zegt Iglesias Prieto. "Wat we weten is dat de vernietiging in beide richtingen in een paar minuten kan plaatsvinden."

Hij en zijn studenten hebben sensoren in de baai geplaatst om deze verschuivingen te registreren, en werken samen met experts op het gebied van oceaancirculatie aan computermodellen om ze te voorspellen. Ondertussen, er is rijk bewijs te halen uit het koraal zelf.

Koralen groeien door calciumcarbonaat af te zetten om een ​​nieuw skelet te bouwen. Deze verkalking is sterk afhankelijk van de energie die wordt geproduceerd door de symbiotische algen van het koraal. Onder wolkenluchten, fotosynthese neemt af, en dat geldt ook voor verkalking. Omgekeerd, waar zonlicht doordringt, de groei versnelt. Het is sinds de kernproeven op het atol van Bikini tijdens de Tweede Wereldoorlog bekend dat een röntgenfoto van een koraalskelet banden van jaarlijkse groei zal onthullen, zoals boomringen, overeenkomend met de duur en intensiteit van seizoensgebonden zonlicht dat het dier heeft geabsorbeerd. Maar datzelfde skelet, Iglesias Prieto zegt, kan ook veranderingen in licht registreren die plaatsvinden op veel kortere tijdschalen — misschien zelfs die met betrekking tot de wolken van sediment.

Terwijl hij de skeletfysiologie blijft onderzoeken, hij en Medina hebben ook haar hypothese over het microbioom van Varadero getest, het vergelijken van bacteriële monsters die daar zijn genomen met monsters van drie nabijgelegen riffen, elk iets verder de zee in en daardoor minder blootgesteld aan sediment en vervuiling. Wat ze hebben gevonden bevestigt haar vermoeden:de monsters van Varadero zijn heel anders dan de monsters die slechts een paar kilometer verderop zijn genomen.

Analyse is aan de gang, maar Medina acht het onwaarschijnlijk dat de koralen zelf genetisch verschillend zijn. "De twee riffen liggen zo dicht bij elkaar, er is geen barrière om de uitwisseling van genen tussen hen te voorkomen, " legt ze uit. "Ik vermoed dat deze koralen in het verleden moeten zijn gekruist, maar toen ze eenmaal in deze verschillende omgevingen waren gevestigd, de eisen aan hen waren verschillend. De ene omgeving is voedselrijk, de andere voedselarm; men heeft zeer grote schommelingen in lichtbeschikbaarheid, de ander heeft altijd hetzelfde licht. Ik denk dat dit zich allemaal afspeelt in het microbioom."

Om te bepalen hoe stabiel hun verschillen kunnen zijn, Medina en Iglesias Prieto transplanteerden vervolgens kleine monsters koraal van elk van de vier rifsites naar alle andere. Hoewel het nog vroeg is om te zeggen of de microbiomen in deze monsters zich aanpassen aan hun nieuwe omgeving, de onderzoekers hebben al gemerkt dat transplantaties van Rosario en Baru beter overleven op Varadero dan de Varadero-monsters op deze "schonere" riffen.

"Dat verraste ons, "zegt Medina. "Maar wat we hebben gezien, is dat wanneer de bloedsomloop goed is, er is eigenlijk heel schoon water - en goed licht - over het rif. Wanneer dat niet zo is, het vuile water bevat allerlei kleine beestjes waar ze zich mee kunnen voeden. Het lijkt erop dat ze het beste van twee werelden hebben."

Thuiskomen

Recente berichten over een Braziliaans rif dat floreert onder zwaar sediment aan de monding van de Amazone suggereren dat Varadero misschien niet zo ongewoon is als Medina en anderen aanvankelijk dachten. Er kunnen elders koraalriffen op de loer liggen op onwaarschijnlijke plekken waar niemand heeft gedacht ze te zoeken. Maar naar Medina, dat maakt deze alleen maar belangrijker. "Gezien het feit dat steeds meer locaties te maken kunnen krijgen met dit soort vervuiling, het begrijpen van de reactie van het rif is van cruciaal belang, vooral dat van een rif dat zoveel jaren van misbruik heeft doorstaan, " ze zegt.

Ze is ook geïnteresseerd in de menselijke populaties die afhankelijk zijn geweest van Varadero - dat handjevol arme vissersgemeenschappen, afgesneden van het vasteland, die hier al eeuwen bestaan. Kunnen ze, zoals het rif zelf, de komende ontwikkelingsgolf overleven?

"Tot voorkort, deze mensen zijn volledig genegeerd, Medina zegt. "Nu komen de resortketens erbij. Er zijn goedkeuringen gegeven voor 16 jachthavens." Ze vreest dat met zwakke eigendomsrechten en geen politieke stem, deze gemeenschappen zullen verloren gaan in de strijd. "Als het rif wordt vernietigd, ze zullen niets hebben, " ze maakt zich zorgen.

Medina heeft Penn State antropoloog Carter Hunt ingeschakeld, een expert op het gebied van de sociale en ecologische gevolgen van toerisme, om het leven in deze nederzettingen te documenteren op dit moment van dreigende verandering, en om de onderlinge verbanden te helpen onderzoeken:hoe door de mens veroorzaakte verstoring een natuurlijk systeem kan beïnvloeden en hoe de menselijke gemeenschappen die van dat systeem afhankelijk zijn, op hun beurt worden beïnvloed.

Met de hulp van Hunt, en die van twee andere Penn State sociale wetenschappers, Leland Glenna en Larry Gorenflo, Medina en Iglesias Prieto hopen deze gekoppelde effecten in realtime te onderzoeken, het combineren van het historische en genetische bewijs vastgelegd in het koraal zelf met stoffige archiefdocumenten die de milieugeschiedenis van de baai beschrijven, en dat overlappen met de hedendaagse etnografie.

voor Medina, echter, Varadero is meer dan een casestudy. Ze is geboren en getogen in Colombia, vertrek naar een graduate school in de VS in 1992. "Ik wilde altijd teruggaan toen ik klaar was met mijn Ph.D., " ze zegt, "maar het was een bijzonder slechte tijd." Ontvoeringen en moorden kwamen vaak voor - zelfs haar eigen grootvader werd ontvoerd, hoewel later uitgebracht. In de jaren daarna, een kans om onderzoek te doen in Colombia "was iets waar ik altijd naar verlangde, "zegt Medina. Dat Varadero mee moet, op dit keerpunt, "lijkt een droom. Het is het ideale project, een kans om te doen wat ik doe, en om het een nieuwe betekenis te geven. Omdat ik deze gemeenschappen kan helpen. Nu al, Ik denk dat we ze hebben geholpen hun stem te vinden." Hoewel de vooruitzichten voor Varadero nog steeds erg twijfelachtig zijn, "Ik heb meer hoop dan toen we begonnen, " ze zegt.

naar Medina, om duidelijk te zijn, dit project is alleen al vanuit wetenschappelijk oogpunt kritisch. "Maar het is ook een manier voor mij om bij te dragen, "zegt ze. "Naar het vredesproces, en in het algemeen. Het brengt me thuis."