Truco metabólico hace que las algas oceánicas sean más resistentes al cambio climático del siglo XXI
Un estudio publicado en Science Advances por un equipo internacional de científicos proporciona evidencia clara de que el fitoplancton marino es mucho más resistente al futuro cambio climático de lo que se pensaba.
Combinando datos del programa a largo plazo de la serie temporal de los océanos de Hawái (Hawaii Ocean Time-series) con nuevas simulaciones de modelos climáticos realizadas en una de las supercomputadoras más rápidas de Corea del Sur, los científicos revelaron que un mecanismo, conocido como plasticidad de absorción de nutrientes, permite que las algas marinas se adapten y hagan frente a las condiciones oceánicas pobres en nutrientes que se espera que ocurran en las próximas décadas en respuesta al calentamiento global de la parte superior del océano.
El fitoplancton son pequeñas algas que flotan en la superficie del océano y forman la base de la red alimentaria marina. Durante la fotosíntesis, estas algas absorben nutrientes (p. ej., fosfato, nitrato), toman dióxido de carbono disuelto y liberan oxígeno, que constituye aproximadamente el 50% del oxígeno que respiramos. Por lo tanto, saber cómo responderán las algas marinas al calentamiento global y la disminución asociada de nutrientes en las aguas oceánicas superiores es crucial para comprender la habitabilidad a largo plazo de nuestro planeta.
Sigue siendo muy incierto cómo cambiará la tasa de producción anual de fitoplancton a nivel global durante los próximos 80 años. El último informe del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) establece una incertidumbre de -20% a +20%, lo que implica una incertidumbre sobre si el fitoplancton aumentará o disminuirá en el futuro.
El calentamiento global afecta más a las capas superiores del océano que a las capas más profundas. El agua más cálida es más ligera y, por lo tanto, la parte superior del océano se volverá más estratificada en el futuro, lo que reduce la mezcla de nutrientes del subsuelo a la capa iluminada por el sol, donde reside el fitoplancton.
Estudios anteriores sugirieron que el futuro agotamiento esperado de nutrientes cerca de la superficie conduciría a una reducción sustancial de la producción de fitoplancton del océano con efectos generalizados y potencialmente catastróficos tanto en los ecosistemas marinos como en el clima.
Pero según un nuevo estudio en Science Advances, esto puede no suceder. Los nuevos análisis de los datos de fitoplancton de la parte superior del océano del programa Hawaii Ocean Time-series muestran que la productividad puede mantenerse, incluso en condiciones de gran agotamiento de nutrientes.
Imagen: Proyecciones futuras (promedios de 2080–2100) del experimento C:P fijo y diferencias entre experimentos C:P fijos y variables.
"Bajo tales condiciones, las células de fitoplancton individuales pueden sustituir el fósforo por azufre. A nivel comunitario, uno podría ver más cambios hacia taxones que requieren menos fósforo", dice David Karl, coautor del estudio, profesor de oceanografía en la Universidad de Hawái y cofundador del programa de estudio de series temporales de los océanos de Hawái, para ilustrar el concepto de plasticidad del fitoplancton.
Otra evidencia que respalda la plasticidad proviene del hecho de que en las regiones subtropicales, donde son bajas las concentraciones de nutrientes en las aguas superficiales, las algas absorben menos fósforo por cantidad de carbono almacenado en sus células, en comparación con la media global.
Para estudiar cómo este "truco" metabólico único afectará la productividad global de los océanos en las próximas décadas, el equipo realizó una serie de simulaciones de modelos climáticos con el modelo Community Earth System (versión 2, CESM2) en su supercomputadora Aleph. Al desactivar la plasticidad del fitoplancton en su modelo, los autores pudieron reproducir cualitativamente los resultados del modelo anterior de una disminución de la productividad global de aproximadamente un 8%.
Sin embargo, al activar el parámetro de plasticidad en su modelo, de una manera que captura las observaciones cerca de Hawái durante las últimas 3 décadas, la simulación por computadora revela un aumento en la productividad global de hasta un 5% hasta finales de este siglo. "Sin embargo, a nivel regional, estas diferencias de productividad futura pueden ser mucho mayores, alcanzando hasta el 200 % en las regiones subtropicales", dice el Dr. Eun Young Kwon, primer autor del estudio e investigador del Centro IBS de Física Climática de la Universidad Nacional de Pusan, Corea del Sur.
Con este impulso de productividad adicional, el océano también puede absorber más dióxido de carbono de la atmósfera y eventualmente secuestrarlo debajo de la superficie del océano.
Inspirados por los resultados de sus simulaciones de modelos informáticos de sensibilidad, los autores observaron otros 10 modelos climáticos, cuyos datos se utilizaron en el reciente 6º Informe de Evaluación del IPCC. Los resultados confirmaron las conclusiones iniciales del autor.
"Los modelos sin plasticidad tienden a proyectar una producción primaria en declive general para el siglo XXI, mientras que los que tienen en cuenta la capacidad del fitoplancton para adaptarse a condiciones de escasez de nutrientes muestran, en promedio, una productividad global en aumento", dice el Dr. M.G. Sreush, coautor correspondiente del estudio y becario postdoctoral en el IBS Center for Climate Physics.
"Aunque nuestro estudio demuestra la importancia de la amortiguación biológica de los cambios ecológicos a escala global, esto no implica que el fitoplancton sea inmune al cambio climático inducido por el hombre. Por ejemplo, el empeoramiento de la acidificación de los océanos reducirá las tasas de calcificación de ciertos tipos de fitoplancton, lo que puede provocar cambios a gran escala en los ecosistemas", advierte el Dr. Eun Young Kwon. Estos factores aún no se comprenden bien ni están representados en los modelos climáticos.
"Los futuros modelos del sistema terrestre deben usar representaciones mejoradas basadas en observaciones de cómo el fitoplancton responde a múltiples factores estresantes, incluido el calentamiento y la acidificación de los océanos. Esto es necesario para predecir el futuro de la vida marina en nuestro planeta”, dice el Prof. Axel Timmermann, coautor de este estudio y director del IBS Center for Climate Physics.
El trabajo científico se titula "Nutrient uptake plasticity in phytoplankton sustains future ocean net primary production"
