Los puntos de inflexión para las floraciones de macroalgas ocurrieron alrededor de 2010
Por primera vez y con ayuda de inteligencia artificial, los investigadores han realizado un estudio exhaustivo de las algas flotantes globales y han descubierto que las floraciones se están expandiendo por todo el océano.
Estas tendencias son probablemente el resultado de cambios en la temperatura, las corrientes y los nutrientes del océano, según los autores, y podrían tener un significativo impacto en la vida marina, el turismo y las economías costeras.
Dirigido por investigadores de la Universidad del Sur de Florida y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), el estudio demuestra el poder de la inteligencia artificial como herramienta para procesar grandes cantidades de datos oceánicos.
"Si bien se han publicado estudios regionales, nuestro artículo ofrece la primera imagen global de las algas flotantes, incluidas las esteras de macroalgas y la espuma de microalgas", dijo Chuanmin Hu, profesor de oceanografía en la Facultad de Ciencias Marinas de la USF y autor principal del artículo. "Nuestros resultados muestran que el océano global favorece ahora el crecimiento de macroalgas flotantes".
Hu se refiere a las macroalgas, como las algas marinas, como un arma de doble filo. En aguas abiertas, pueden proporcionar un hábitat crucial para la vida marina y tener un positivo impacto en la pesca, sirviendo como criaderos para muchas especies. Pero una vez que las algas llegan a las aguas costeras, la biomasa en descomposición puede causar daños considerables al turismo, a las economías y a la salud de las personas y la vida marina.
Imagen: Las esteras de macroalgas pueden servir como un valioso hábitat para muchas especies marinas, como este pez sargazo. Crédito: Ocean Image Bank, Lorenzo Mittiga
Tendencias e impactos de la proliferación de algas
Entre 2003 y 2022, tanto la espuma de microalgas como los mantos de macroalgas se expandieron por todo el mundo. Las microalgas en la superficie del océano experimentaron un modesto pero significativo aumento del 1% anual. Sin embargo, las floraciones de macroalgas aumentaron un 13,4% por año en el Atlántico tropical y el Pacífico occidental, descubrieron los autores, y el aumento más dramático en biomasa ocurrió después de 2008.
El tamaño acumulado de estas floraciones de microalgas alcanzó los 43,8 millones de kilómetros cuadrados (16,9 millones de millas cuadradas), rompiendo con las tendencias históricas.
Imagen: Tipos de algas flotantes. Crédito: Qi et al.
Los puntos de inflexión para las floraciones de macroalgas ocurrieron alrededor de 2010. La primera gran floración del alga verde conocida como Ulva ocurrió en el Mar Amarillo en 2008. Una significativa floración del alga parda sargassum tuvo lugar en el Atlántico tropical en 2011. Otra floración de sargassum ocurrió en el Mar de China Oriental en 2012.
"Antes de 2008, no se reportaban floraciones importantes de macroalgas, salvo el sargassum en el Mar de los Sargazos", afirmó Hu. "A escala global, parece que estamos presenciando un cambio de régimen: de un océano pobre en macroalgas a uno rico en macroalgas".
Imagen: Estas cifras muestran el cambio en la densidad de algas flotantes globales en los 20 años entre 2003 y 2022. Crédito: Qi et al.
Cómo facilitó el estudio la inteligencia artificial
Para llevar a cabo el estudio, Hu y sus colegas utilizaron inteligencia artificial para escanear 1,2 millones de imágenes satelitales del océano, centrándose en 13 zonas y cinco tipos de algas. Entrenaron un modelo de aprendizaje profundo para detectar características que indican la presencia de algas flotando en la superficie del océano. En la mayoría de los casos, estas características aparecen en muchos píxeles de la imagen, pero suelen representar menos del uno por ciento de cada píxel.
Lin Qi, oceanógrafo del Centro de Aplicaciones e Investigación Satelitales de la NOAA y primer autor del estudio, actualizó un modelo informático desarrollado previamente por el mismo equipo de investigación, lo que les permitió analizar imágenes del océano global durante 20 años. El entrenamiento del modelo de Qi requirió varios meses y millones de características de imagen.
Los autores atribuyen al Departamento de Computación para la Investigación de la USF su papel crucial en el estudio. Esta instalación proporcionó acceso a una infraestructura de alto rendimiento que procesó múltiples grupos de imágenes simultáneamente. Aun así, procesar y analizar los 1,2 millones de imágenes satelitales tomó varios meses.
"Este trabajo sería imposible sin la instalación de computación de alto rendimiento o las colaboraciones a largo plazo entre la NOAA y la USF", dijo Qi.
Imagen: Imagen satelital de la macroalga Ulva en el Mar Amarillo. Crédito: NOAA Star
Causas y futuras líneas de investigación
El estudio atribuyó la expansión de las floraciones tanto a actividades humanas, como la escorrentía de nutrientes al océano, como a la variabilidad climática, como el calentamiento del océano, aunque reconoció que las razones pueden variar según la región. De cara al futuro, Qi afirmó: "Exploraremos más datos satelitales para comprender mejor las expansiones".
Los hallazgos se publicaron en Nature Communications: Global floating algae blooms are expanding
