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¿Qué es el fitoplancton?

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tipos de fitoplancton

El fitoplancton puede crecer de forma explosiva en pocos días o semanas.

El fitoplancton es responsable de la mayor parte de la transferencia de dióxido de carbono de la atmósfera hacia el océano.

Derivado de las palabras griegas phyton (Planta) y plákcton ("vagabundo" o "el que va dando tumbos"), el fitoplancton son organismos microscópicos que viven en ambientes acuosos, tanto salados como dulces.

Algunos fitoplancton son las bacterias, algunas son protistas, y la mayoría son plantas unicelulares. Entre los tipos comunes están cianobacterias, diatomeas recubiertas de sílice, dinoflagelados, algas verdes, y cocolitofóridos.

Al igual que las plantas terrestres, el fitoplancton tiene clorofila para capturar la luz del sol, y utilizan la fotosíntesis para transformarla en energía química. Ellos consumen dióxido de carbono y liberan oxígeno. Todo el fitoplancton usa la fotosíntesis, pero algunos ponen energía adicional por el consumo de otros organismos.

[[Imagen de arriba: El fitoplancton es diverso, van desde las bacterias fotosintéticas (cianobacterias), a las diatomeas como las plantas, a cocolitofóridos blindados (los dibujos no están a escala). (Collage adaptado de dibujos y microfotografías de Sally Bensusen NASA EOS Project Science Office).]]

El crecimiento del fitoplancton depende de la disponibilidad de dióxido de carbono, luz solar y nutrientes. El fitoplancton, como las plantas de la tierra, requiere nutrientes como el nitrato, fosfato , silicato y de calcio en varios niveles dependiendo de la especie. Algunos fitoplancton puede fijan el nitrógeno y pueden crecer en zonas donde la concentración de nitratos son bajas. También requieren pequeñas cantidades de hierro que limita el crecimiento del fitoplancton en grandes áreas del océano porque las concentraciones de hierro son muy bajos. Otros factores que influyen en las tasas de crecimiento del fitoplancton, incluyen la temperatura del agua y la salinidad, la profundidad del agua, el viento, y qué tipo de depredadores se alimentan de ellos.

El fitoplancton puede crecer de forma explosiva en pocos días o semanas. Este par de imágenes de satélite de abajo muestran una flor que se formó al este de Nueva Zelanda entre el 11 y 25 de octubre de 2009. ( imágenes de la NASA por Robert Simmon y Jesse Allen, sobre la base de datos de MODIS.)

explosión de fitoplancton en el océano, frente costas de Nueva Zelanda

explosión de fitoplancton en el océano, frente costas de Nueva Zelanda

Cuando las condiciones son adecuadas, las poblaciones de fitoplancton pueden crecer de forma explosiva, un fenómeno conocido como una flor. Las floraciones en el océano pueden cubrir cientos de kilómetros cuadrados y son fácilmente visibles en las imágenes satelitales. Una flor puede durar varias semanas, pero la vida de cualquier individuo de fitoplancton rara vez es más de unos pocos días.

Importancia del fitoplancton

El fitoplancton es la base de la cadena alimentaria acuática, los productores primarios, la alimentación de todos, desde el zooplancton microscópico, hasta animales como las ballenas de varias toneladas. Los peces pequeños e invertebrados también se alimentan de los organismos como las plantas, y luego los animales más pequeños son comidos por otros mayores.

El fitoplancton también puede ser el presagio de la muerte o enfermedad. Ciertas especies de fitoplancton producen biotoxinas poderosas, haciéndolos responsables de las llamadas "mareas rojas", o floraciones de algas nocivas. Estas floraciones tóxicas pueden matar la vida marina y a las personas que coman mariscos contaminados.

peces muertos por marea roja de fitoplancton
Arriba peces muertos arrastrados hacia una playa de la Isla del Padre, Texas, en octubre de 2009, a raíz de una marea roja (floración de algas nocivas).

El fitoplancton causa de mortalidad en masa de otras maneras. A raíz de una floración masiva, residuos de fitoplancton descienden muertos al mar o al fondo de los lagos. Las bacterias que descomponen el fitoplancton agotan el oxígeno del agua, asfixiando la vida animal, el resultado es una zona muerta.

El clima y el ciclo del carbono

A través de la fotosíntesis, el fitoplancton consume dióxido de carbono en una escala equivalente a los bosques y otras plantas de la tierra. Parte de este carbono es transportado a las profundidades del océano cuando muere el fitoplancton, y alguno se transfiere a las diferentes capas del océano cuando el  fitoplancton son comidos por otros animales, que se reproducen, generan residuos, y mueren.

flujos del carbono en la capa superior del  océano
Arriba: El fitoplancton es responsable de la mayor parte de la transferencia de dióxido de carbono de la atmósfera hacia el océano. El dióxido de carbono se consume durante la fotosíntesis, y el carbono se incorpora en el fitoplancton, así como el carbono se almacena en la madera y las hojas de un árbol. La mayor parte del carbono se devuelve a las aguas cercanas a la superficie cuando el fitoplancton es  comido o se descompone, pero alguno cae en las profundidades del océano. (adaptado de una ilustración de  A New Wave of Ocean Science, U.S. JGOFS )

A nivel mundial, esta bomba "biológica de carbono" transfiere cerca de 10 gigatoneladas de carbono de la atmósfera a las profundidades del océano cada año. Incluso los pequeños cambios en el crecimiento de fitoplancton pueden afectar a las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono, lo que afecta también a temperaturas de la superficie mundial.

El estudio del fitoplancton

Las muestras de fitoplancton se puede tomar directamente del agua en las estaciones permanentes de observación o de los buques. Dispositivos de muestreo incluyen mangueras y frascos para recoger muestras de agua y, a veces, el plancton se recoge en los filtros arrastrado por el agua detrás de un barco.

red de plancton oceánica
Arriba: Los biólogos marinos utilizan redes de plancton para el fitoplancton de la muestra directamente en el océano. (Fotografía © 2007 Ben Pittenger)

Las muestras pueden ser selladas y puestas en hielo, transportandose para su análisis al laboratorio, donde los investigadores pueden ser capaces de identificar el fitoplancton conseguido hasta el género o incluso especies a través de la investigación microscópica o análisis genético.

A pesar de que las muestras tomadas del océano son necesarios para algunos estudios, los satélites son fundamentales para los estudios a escala mundial del fitoplancton y su papel en el cambio climático. El fitoplancton individual es pequeño, pero cuando florecen por miles de millones, las altas concentraciones de clorofila y otros pigmentos de luz capturada hacen cambiar la forma en la superficie que refleja la luz.

fitoplancton en las costas de kamchatka
concentración de clorofila en las costas de Kamchatka
En las imágenes de satélite de color natural (arriba), el fitoplancton aparece como remolinos de colores. Los científicos utilizan estas observaciones para estimar la concentración de clorofila (abajo) en el agua. Estas imágenes muestran una floración cerca de Kamchatka el 2 de junio de 2010. (Imágenes de Robert Simmon y Jesse Allen, sobre la base de datos de MODIS.)

El agua puede adquirir una tonalidad verdosa, de color rojizo o marrón. Las escamas calizas que cubren a los cocolitofóridos hacen el agua de color blanco lechoso o azul brillante. Los científicos usan estos cambios en el color del océano para estimar la concentración de clorofila y la biomasa de fitoplancton en el océano.

Pautas generales y ciclos

Las diferencias de lugar

El fitoplancton prospera en las costas y las plataformas continentales, a lo largo del ecuador en los Océanos Pacífico y Atlántico, y en las zonas de alta latitud. Los vientos juegan un papel importante en la distribución del fitoplancton, ya que conducen corrientes que hacen que el agua profunda, cargada de nutrientes, se acerque a la superficie.

Estas zonas de surgencia, entre ellas una a lo largo del ecuador, gestionada por la convergencia de los vientos alisios del este, y otras a lo largo de las costas occidentales de varios continentes, se encuentran entre los ecosistemas marinos más productivos. Por el contrario, el fitoplancton son escasos en los mares remotos debido a las limitaciones de nutrientes.

concentración de clorofila en los océanos 2002-2010
El fitoplancton es más abundante (amarillo, abundancia de clorofila) en latitudes altas y en zonas de surgencias a lo largo del ecuador y cerca de las costas. Es escaso en los océanos remotos (azul oscuro), donde los niveles de nutrientes son bajos. Este mapa muestra la concentración de clorofila promedio en los océanos del planeta a partir de julio 2002-mayo 2010. Ver animación: pequeño (5 MB ) grande (18 MB). (Imagen de la NASA por Jesse Allen & Robert Simmon, basado en datos MODIS del GSFC)

Las diferencias de estación en estación

Como las plantas en tierra, el crecimiento del fitoplancton varía estacionalmente . En altas latitudes, las floraciones tienen su pico en la primavera y el verano, cuando aumenta la luz del sol y la mezcla incesante de las aguas por las tormentas de invierno desaparece. La investigación reciente sugiere que la mezcla vigorosa en el invierno sienta las bases para el crecimiento explosivo de primavera trayendo nutrientes desde aguas más profundas en las capas iluminadas por el sol en la superficie y la separación de los depredadores del fitoplancton de sus zooplancton.

En los océanos subtropicales, por el contrario, las poblaciones de fitoplancton bajan en verano. Como las aguas de superficie se calientan durante el verano, se vuelve muy boyante. Con agua caliente, agua de empuje sobre la parte superior y en frío, denso más abajo, la columna de agua no se mezcla fácilmente. El fitoplancton utiliza los nutrientes disponibles, y el crecimiento cae hasta que las tormentas de invierno ponen en marcha la mezcla.

En las zonas de menor latitud, incluido el Mar de Arabia y las aguas alrededor de Indonesia, flores de temporada están a menudo ligadas a los cambios relacionados con los vientos del monzón. Cuando los vientos cambian de dirección (en alta mar frente a tierra), alternativamente mejoran o suprimen el afloramiento, lo que cambia la concentración de nutrientes. En la zona de afloramiento ecuatorial, hay muy poco cambio de temporada en la productividad del fitoplancton.

concentración de clorofila en el Océano Pacífico, mayo-noviembre
En primavera y verano, la floración de fitoplancton aumenta en las altas latitudes y disminuye en las latitudes subtropicales. Estos mapas muestran la concentración promedio de clorofila mayo 2003-2010 (izquierda) y noviembre de 2002 a 2009 (a la derecha ) en el Océano Pacífico. (imágenes de la NASA por Jesse Allen & Robert Simmon, basado en datos MODIS del GSFC)

Las diferencias de año en año

La influencia más grande sobre las diferencias de año a año en la productividad del fitoplancton global es el de el patrón climático El Niño Oscilación Sur (ENOS ). Ciclos de ENOS producen cambios significativos de las temperaturas típicas de la superficie del mar, los patrones de viento y la lluvia en el Océano Pacífico a lo largo del ecuador.

Durante los episodios de El Niño, la productividad del fitoplancton en la zona ecuatorial del Pacífico disminuye dramáticamente a medida que los vientos alisios del este que, normalmente, la unidad sigue creciendo en surgencia o incluso invierten la dirección. La transición entre El Niño y su contraparte, La Niña, es a veces acompañada por un notable incremento de la productividad del fitoplancton en el afloramiento de aguas profundas ricas en nutrientes de repente renovados.

concentración de clorofila durante El Niño o La Niña
Durante un episodio de El Niño (diciembre de 1997, a la izquierda), las surgencias en el Pacífico ecuatorial disminuyen, reduciendo la densidad del fitoplancton. Por el contrario, un episodio de La Niña aumenta la surgencia en la misma zona, mejorando el crecimiento del fitoplancton (diciembre de 1998, a la derecha). ( Imagen de la NASA por Jesse Allen & Robert Simmon, basado en datos SeaWiFS del GSFC)

Episodios de El Niño influyen en los patrones climáticos más allá del Pacífico, en el este del Océano índico, cerca de Indonesia, por ejemplo, aumenta la productividad del fitoplancton durante El Niño. La productividad en el Golfo de México y el oeste del Atlántico subtropical se ha incrementado durante los episodios de El Niño en la última década, probablemente debido a aumento de las lluvias y que la escorrentía ha entregado más nutrientes de lo normal.

En comparación con los cambios relacionados con ENOS en la productividad en el Pacífico tropical, las diferencias de año a año la productividad en las latitudes medias y altas son pequeñas.

Los cambios a largo plazo en el fitoplancton

Productividad

Debido a que el fitoplancton es tan importante para la biología del océano y el clima, cualquier cambio en su productividad podría tener una influencia significativa sobre la biodiversidad, la pesca y la alimentación humana, y el ritmo del calentamiento global.

Muchos modelos de la química y la biología del océano predicen que mientras se calienta la superficie del océano en respuesta al aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera, la productividad del fitoplancton disminuirá. La productividad se espera que caiga, porque como las aguas cálidas superficiales, la columna de agua está cada vez más estratificada; hay menos mezcla vertical que recicle los nutrientes de las aguas profundas a la superficie.

relación temperatura-clorofila en los océanos
Alrededor del 70% del océano está permanentemente estratificado en capas que no se mezclan bien. Entre finales de 1997 y mediados de 2008, los satélites observaron que las temperaturas más cálidas que la media (línea roja) dieron lugar a concentraciones de clorofila inferior a la media (línea azul) en estas áreas. (Gráfico adaptado de Behrenfeld 2009 por Robert Simmon)

Durante la última década, los científicos han empezado a buscar esta tendencia en las observaciones por satélite, y los primeros estudios sugieren que ha habido una pequeña disminución en la productividad del fitoplancton global. Por ejemplo, los científicos del océano han documentado un aumento de áreas de superficie del océano subtropical con menor producción marina en la última década. Estos bajos en nutrientes "desiertos marinos" parecen estar expandiéndose debido al aumento de las temperaturas superficiales del océano.

Composición por especies

Cientos de miles de especies de fitoplancton viven en los océanos de la Tierra, cada una adaptada a las condiciones del agua en particular. Los cambios en la claridad del agua, el contenido de nutrientes, la salinidad y el cambio de las especies que viven en un lugar determinado.

Debido a que se requieren a mayor plancton más nutrientes, tienen una mayor necesidad de que la mezcla vertical de la columna de agua vuelva a surtir los nutrientes agotados. A medida que el océano se ha calentado desde la década de 1950, se ha convertido cada vez más estratificado, lo que corta el reciclaje de nutrientes.

Si continúa el calentamiento debido a la acumulación de dióxido de carbono se prevé que se reduzcan las cantidades de fitoplancton más grandes como las diatomeas, en comparación con modelos más pequeños, como las cianobacterias. Los cambios en la abundancia relativa de especies de mayor tamaño en comparación con el fitoplancton menor se han observado ya en los lugares de todo el mundo, pero si cambiará la productividad en general sigue siendo incierto.

disminición de diatomeas y aumento de CO2
Si las concentraciones de dióxido de carbono (línea azul) aumentarán en el próximo siglo, los océanos se volverán más estratificados. A medida que disminuye la surgencia, las poblaciones de fitoplancton más grandes como las diatomeas se predice una mayor disminución (línea verde). (Gráfico adaptado de Bopp 2005 por Robert Simmon).

Estos cambios en la composición de especies pueden ser benignos, o pueden dar lugar a una cascada de consecuencias negativas en toda la cadena alimentaria marina. Una cartografía mundial precisa del fitoplancton con los análisis taxonómicos, es uno de los principales objetivos propuestos de futuras misiones de la NASA como "Aerosol, Cloud, Ecology" (ACE).

Original de Rebecca Lindsey y Scott Michon, Diseñado por Robert Simmon | NASA Earth Observatory