Remodelan las redes alimentarias oceánicas y ralentizan el transporte de carbono a las profundidades
Una nueva investigación muestra que las olas de calor marinas pueden remodelar las redes alimentarias oceánicas, lo que a su vez puede retardar el transporte de carbono a las profundidades marinas y obstaculizar la capacidad del océano para amortiguar el cambio climático.
El estudio fue realizado por un equipo interdisciplinario de investigadores del MBARI, la Escuela Rosenstiel de Ciencias Marinas, Atmosféricas y de la Tierra de la Universidad de Miami, el Instituto Hakai, la Universidad de Xiamen, la Universidad de Columbia Británica, la Universidad del Sur de Dinamarca y Pesca y Océanos de Canadá.
Para explorar los impactos de las olas de calor marinas en las redes alimentarias oceánicas y los flujos de carbono, el equipo de investigación combinó múltiples conjuntos de datos que rastrearon las condiciones biológicas en la columna de agua en el Golfo de Alaska durante más de una década. Esta región experimentó dos olas de calor marinas sucesivas durante este tiempo, una entre 2013 y 2015, conocida como "The Blob", y otra entre 2019 y 2020.
"El océano posee una bomba biológica de carbono, que normalmente actúa como una cinta transportadora que transporta carbono desde la superficie hasta las profundidades oceánicas. Este proceso es impulsado por los organismos microscópicos que forman la base de la red alimentaria oceánica, incluyendo bacterias y plancton", explicó la autora principal, Mariana Bif, anteriormente investigadora especialista en el MBARI y ahora profesora adjunta del Departamento de Ciencias Oceánicas de la Escuela Rosenstiel.
"Para este estudio, queríamos rastrear cómo afectaban las olas de calor marinas a esos organismos microscópicos para ver si esos impactos estaban relacionados con la cantidad de carbono que se producía y exportaba a las profundidades del océano".
Imagen derecha: Los flotadores biogeoquímicos robóticos Argo (BGC-Argo) registran una gran cantidad de datos sobre las condiciones oceanográficas y biológicas, analizando la salud de los océanos y ayudando a los investigadores a comprender los impactos del cambio climático en ellos. Imagen cortesía de Sudheesh Keloth.
El equipo de investigación utilizó información recopilada por el Global Ocean Biogeochemical Array (GO-BGC), una iniciativa colaborativa liderada por MBARI que utiliza flotadores robóticos para monitorear la salud del océano.
El proyecto GO-BGC ha desplegado cientos de flotadores biogeoquímicos autónomos Argo (BGC-Argo), que miden las condiciones del océano, como la temperatura, la salinidad, el nitrato, el oxígeno, la clorofila y el carbono orgánico particulado (POC) a lo largo de la columna de agua cada cinco a diez días.
El equipo también analizó datos estacionales obtenidos desde barcos que rastrearon la composición de la comunidad de plancton, incluida la química de los pigmentos y la secuenciación del ADN ambiental (eDNA) de muestras de agua de mar recolectadas durante el programa Línea P llevado a cabo por Pesca y Océanos Canadá.
El estudio reveló que las olas de calor marinas sí afectaron la base de la red trófica oceánica, y que dichos impactos se relacionaron con cambios en el ciclo del carbono en la columna de agua. Sin embargo, los cambios ocurridos en la red trófica no fueron consistentes entre ambas olas de calor.
Imagen: Los flotadores BGC-Argo recopilan datos detallados sobre las condiciones del océano al perfilar la columna de agua cada cinco a diez días. Imagen: Kim Fulton-Bennett © 2020 MBARI
En condiciones normales, el fitoplancton, similar a las plantas, convierte el dióxido de carbono en materia orgánica. Estos microorganismos son la base de la red trófica oceánica. Cuando son consumidos por animales más grandes y excretados como desechos, se transforman en partículas de carbono orgánico que se hunden desde la superficie a través de la zona mesopelágica o crepuscular (de 200 a 1.000 metros, aproximadamente de 660 a 3.300 pies) hasta las profundidades marinas. Este proceso retiene el carbono atmosférico en el océano durante miles de años.
Durante la ola de calor de 2013-2015, la producción de carbono superficial por parte del plancton fotosintético fue alta en el segundo año, pero en lugar de hundirse rápidamente en las profundidades del mar, pequeñas partículas de carbono se acumularon aproximadamente 200 metros (aproximadamente 660 pies) bajo el agua.
Durante la ola de calor de 2019-2020, se produjo una acumulación récord de partículas de carbono en la superficie en el primer año que no pudo atribuirse únicamente a la producción de carbono por parte del fitoplancton. En cambio, es probable que esta acumulación se debiera al reciclaje de carbono por la vida marina y a la acumulación de detritos. Este pulso de carbono se hundió posteriormente en la zona de penumbra, pero permaneció a profundidades de 200 a 400 metros (aproximadamente de 660 a 1.320 pies) en lugar de hundirse en las profundidades marinas.
Imagen derecha: Las olas de calor en el Golfo de Alaska en 2015 y 2019 interrumpieron la exportación de carbono a las profundidades marinas. El carbono orgánico particulado (POC, verde) permaneció en aguas intermedias en lugar de ser transportado a las profundidades oceánicas. Imagen cortesía de Mariana Bif.
El equipo atribuyó estas diferencias en el transporte de carbono entre las dos olas de calor a cambios en las poblaciones de fitoplancton. Estos cambios se propagaron a través de la red alimentaria, dando lugar a un aumento de los pequeños herbívoros que no producen partículas de desechos que se hunden rápidamente, por lo que el carbono se retuvo y recicló en la superficie y en la zona crepuscular superior en lugar de hundirse a mayores profundidades.
"Nuestra investigación reveló que estas dos importantes olas de calor marinas alteraron las comunidades de plancton y perturbaron la bomba de carbono biológica del océano. Se atascó la cinta transportadora que transportaba el carbono desde la superficie hasta las profundidades marinas, lo que aumentó el riesgo de que el carbono regresara a la atmósfera en lugar de quedar atrapado en las profundidades oceánicas", afirmó Bif.
Esta investigación demostró que no todas las olas de calor marinas son iguales. Diferentes linajes de plancton surgen y disminuyen durante estos eventos de calentamiento, lo que subraya la necesidad de un monitoreo coordinado a largo plazo de las condiciones biológicas y químicas del océano para modelar con precisión los diversos y extensos impactos ecológicos de las olas de calor marinas.
"Esta investigación marca un nuevo y emocionante capítulo en la monitorización de los océanos. Para comprender realmente cómo una ola de calor impacta los ecosistemas marinos y los procesos oceánicos, necesitamos datos de observación de antes, durante y después del evento. Esta investigación incluyó flotadores robóticos, química de pigmentos y secuenciación genética, todos trabajando en conjunto para contar la historia completa. Es un excelente ejemplo de cómo la colaboración puede ayudarnos a responder preguntas clave sobre la salud del océano", afirmó Ken Johnson, científico sénior del MBARI, investigador principal del proyecto GO-BGC y coautor del estudio.
Imagen: El proyecto GO-BGC ha desplegado cientos de flotadores robóticos para evaluar y monitorear la salud de los océanos. Los datos de estos flotadores ayudan a los científicos a comprender cómo el cambio climático afecta la vida marina y los ecosistemas. Imagen: Jared Figurski - 2022 MBARI
Las observaciones y modelos oceánicos sugieren que las olas de calor marinas han aumentado de tamaño e intensificado su intensidad en las últimas décadas. El océano absorbe una cuarta parte del dióxido de carbono emitido cada año, gracias al flujo constante de partículas de carbono que se hunden desde la superficie hacia las profundidades marinas.
Un océano más cálido puede significar menos carbono almacenado, lo que a su vez puede acelerar el cambio climático. Más allá de los cambios en el transporte de carbono, los cambios en el plancton, la base de la red trófica oceánica, tienen efectos en cascada sobre la vida marina y la industria humana.
"El cambio climático está contribuyendo a olas de calor marinas más frecuentes e intensas, lo que subraya la necesidad de un monitoreo sostenido y a largo plazo de los océanos para comprender y predecir cómo las futuras olas de calor marinas impactarán los ecosistemas, la pesca y el clima", dijo Bif.
El estudio se ha publicado en Nature Communications: Marine heatwaves modulate food webs and carbon transport processes
