Sus cambios pueden afectar la composición química del océano e incluso la atmósfera
El fitoplancton, pequeños organismos fotosintéticos del océano, desempeña un papel crucial en el ciclo global del carbono e influye en el clima de la Tierra.
Un nuevo estudio revela cómo las variaciones en la fisiología del fitoplancton, particularmente en lo que respecta a la absorción de nutrientes, pueden afectar la composición química del océano e incluso la atmósfera.
Esto sugiere que los cambios en la fisiología del fitoplancton marino pueden afectar el clima global.
El fitoplancton en el océano es fundamental para el ciclo global del carbono, ya que realiza la fotosíntesis, secuestra y transporta carbono (C) a las profundidades del océano. El crecimiento del fitoplancton depende no sólo del carbono sino también del nitrógeno (N) y el fósforo (P), que son cruciales para su funcionamiento celular.
La estequiometría del fitoplancton define las proporciones relativas de diferentes elementos como C, N y P en estos organismos. Existen conexiones clave entre la estequiometría del fitoplancton y el clima a través de interdependencias entre la bomba de carbono oceánico, el ciclo de nutrientes, la dinámica de la red alimentaria y las respuestas a factores relacionados con el clima como la concentración y la temperatura del dióxido de carbono (CO2) atmosférico.
En la década de 1930, el oceanógrafo estadounidense Alfred C. Redfield hizo un importante descubrimiento: descubrió que las concentraciones de los elementos C, N y P en el fitoplancton marinofitoplancton marino siguen aproximadamente una proporción fija de aproximadamente 106:16:1, la proporción que ahora lleva su nombre, la relación de Redfield.
Sorprendentemente, la investigación de Redfield también reveló que en las muestras de agua de mar que recogió, la concentración de nitrato, una fuente primaria de nutrientes de nitrógeno, era, en promedio, 16 veces mayor que la concentración de fosfato, una fuente primaria de nutrientes de fósforo. Las proporciones de nitrógeno a fósforo (N:P) tanto en el fitoplancton como en el agua de mar son notablemente similares, lo que indica una fuerte conexión entre las reservas de nutrientes particulados (fitoplancton) y disueltos (agua de mar).
La cuestión de si la relación N:P del estanque disuelto controla la relación en el material particulado, o viceversa, ha desconcertado durante mucho tiempo a la comunidad científica marina. "Es la cuestión del huevo y la gallina", afirma el Dr. Chia-Te Chien, investigador de la Unidad de Investigación de Modelos Biogeoquímicos del Centro Helmholtz de Investigación Oceánica GEOMAR en Kiel, que investiga el papel de la estequiometría variable del fitoplancton en la biogeoquímica marina.
Junto con sus colegas, ha llevado a cabo un estudio de modelado que examina la relación entre las proporciones de nitrógeno y fósforo en la materia orgánica e inorgánica particulada disuelta en el agua de mar. El estudio enfatiza la importancia de las proporciones variables C:N:P del fitoplancton para regular las proporciones de nutrientes oceánicos disueltos a escala global y destaca los niveles de oxígeno marino como un regulador crítico en el sistema terrestre.
Imagen: Esquema de las interdependencias entre las proporciones de nitrógeno y fósforo en los nutrientes disueltos y en la biomasa. Ilustración: Chia-Te Chien et al.
Para investigar estas relaciones, los autores utilizaron un modelo informático de fisiología de algas acoplado a un modelo del sistema terrestre, en el que el fitoplancton optimiza dinámicamente sus proporciones C:N:P en respuesta a condiciones ambientales variables. En el modelo informático, pudieron alterar las características del fitoplancton y observar cómo esto cambiaba las proporciones de nitrógeno y fósforo en el agua.
Llevaron a cabo un conjunto de 400 simulaciones, que se diferencian en los contenidos mínimos de nitrógeno y fósforo que necesitan las algas para mantenerse vivas. Los resultados del modelo revelan intrincados mecanismos de retroalimentación que involucran cambios en el contenido de nitrógeno y fósforo del fitoplancton, los niveles de oxígeno oceánico, la fijación de N2 por el fitoplancton fijador de nitrógeno y la desnitrificación.
Los resultados de estos modelos desafían el fuerte vínculo comúnmente hipotético entre el fitoplancton y las proporciones de nutrientes del agua de mar. En lugar de intentar descubrir las razones detrás de la semejanza en las proporciones observadas actualmente entre el fitoplancton y el agua de mar, los resultados resaltan que estas proporciones no son intrínsecamente similares. En otras palabras, la similitud, tal como se observa hoy en día, es un estado específico, y este estado puede estar sujeto a cambios, al menos en una escala de tiempo que no está cubierta por las muchas décadas de observaciones in situ del océano.
Además, el análisis destaca la influencia potencialmente sustancial de las cuotas de nitrógeno y fósforo de subsistencia del fitoplancton en los niveles de CO2 atmosférico en escalas de tiempo geológico.
Tradicionalmente, se consideraba que las variaciones estequiométricas del fitoplancton y dentro del ecosistema marino tenían un impacto relativamente menor en la biogeoquímica marina y, en consecuencia, en los niveles de CO2 atmosférico. Esta opinión podría cuestionarse ahora, porque este estudio apunta a la importancia potencial de un detalle fisiológico para las condiciones climáticas de nuestro planeta.
Los autores explican la importancia de los hallazgos: "Nuestros resultados demuestran que la concentración de CO2 atmosférico, así como la temperatura del océano y del aire, son notablemente sensibles a las variaciones en la estequiometría elemental inducidas por cambios en la fisiología del fitoplancton".
Comprender estas conexiones podría ayudar a los científicos a hacer predicciones más precisas sobre cómo evolucionarán en el futuro los ecosistemas y el clima de nuestro planeta.
El estudio ha sido publicado ahora en la revista Science Advances: Effects of phytoplankton physiology on global ocean biogeochemistry and climate
