Los fríos océanos polares dan lugar a algunas de las redes alimentarias más grandes de la Tierra. Y en su base hay algas microscópicas y fotosintéticas. Pero el cambio climático inducido por el hombre , sugiere un nuevo estudio, está desplazando estas importantes comunidades de algas de agua fría por otras adaptadas al calor, una tendencia que amenaza con desestabilizar la delicada red alimentaria marina y cambiar los océanos como los conocemos.
En la base de las redes tróficas marinas hay organismos fotosintetizadores microscópicos llamados fitoplancton del griego fito para 'planta' y planktos para 'vagabundo'.Pero varían a lo largo del océano global.Las comunidades de fitoplancton en aguas más cálidas, incluidos los trópicos, tienden a estar dominadas por procariotas microorganismos sin un núcleo definido.
Sin embargo, las aguas más frías más cercanas a los polos tienden a favorecer eucariotas microorganismos con un núcleo.Estos eucariotas fotosintetizantes, o algas, forman la base de las redes alimenticias productivas en aguas polares frías pero fecundas.
"Muchos de nuestros alimentos provienen de las pesquerías del Atlántico Norte, Pacífico Norte y Pacífico Sur, debido al fitoplancton eucariota, no a los procariotas", dijo Thomas Mock, microbiólogo marino de la Universidad de East Anglia UEA, Reino Unido y seniorautor del estudio. "Los procariotas no son capaces de producir todas las proteínas y lípidos jugosos que son los eucariotas".
Pero según un nuevo estudio publicado el 16 de septiembre de 2021 en Comunicaciones de la naturaleza , las aguas más cálidas y las comunidades dominadas por procariotas podrían reemplazar a las de eucariotas mucho más fácilmente de lo que se sospechaba anteriormente.
"Eso causaría consecuencias significativas en toda la red alimentaria y, por lo tanto, en los servicios de los ecosistemas de los que todos dependemos", dijo Mock.
Mock y los otros científicos principales se habían embarcado en el estudio, una colaboración de ocho instituciones lideradas por UEA e incluido el Instituto Conjunto del Genoma JGI del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en LawrenceLaboratorio Nacional de Berkeley: con el deseo de comprender los matices y la gradación de cómo las comunidades de fitoplancton eucariotas cambian con la latitud.
Un límite invisible
El equipo se embarcó en una expedición similar a la de Lewis y Clark para explorar, recolectar y catalogar muestras y buscar patrones en las comunidades de algas, incluidos los microbiomas asociados a las algas que influyen en la diversidad de las algas y la expresión genética. Navegando de polo a polopolo en cuatro cruceros de investigación, sumergieron sus contenedores de cierre automático en agua de mar para muestrear comunidades de algas a lo largo de transectos en el Océano Ártico, el Océano Atlántico Norte, el Océano Atlántico Sur y el Océano Austral.
Después de aislar las comunidades de algas en filtros, secuenciaron secuencias de genes 'marcadores' de ADN para identificar los microbios. Y para determinar qué genes expresaban las algas, el equipo secuenció sus transcripciones de ARN. Toda la secuenciación se realizó a través de la comunidad JGIPrograma de Ciencias.
Utilizando una métrica ecológica llamada diversidad beta, el equipo observó que las comunidades de algas no cambiaban gradualmente a través del océano global. En cambio, se delimitaron claramente en dos grandes grupos geográficos: aquellas en aguas polares más frías y aquellas en aguas más cálidas, no-agua polar.
En otras palabras, a algunos les gusta el calor, a otros no.
"Podemos pensar en el océano, ingenuamente, como una especie de medio homogéneo. En realidad, no lo es: hay una variación de nutrientes, temperaturas y otras propiedades físico-químicas", dijo el coautor del estudio Igor Grigoriev, JGI Fungal& Jefe del Programa de Algas. "Pero aún así, no hay fronteras en el océano. Sin embargo, lo que se encontró aquí es que existe esta división invisible de las comunidades de algas".
El equipo descubrió que el límite, o 'punto de ruptura' de la biodiversidad, entre estas comunidades de algas se produce en aguas moderadas que tienen una temperatura superficial promedio de aproximadamente 58 grados Fahrenheit, una temperatura intermedia fría para los extremos del océano de aproximadamente 28 y 97 gradosFahrenheit.
"Los autores del estudio señalan esta observación fundamental de las redes microbianas frías y cálidas, y cuán claro y marcado es el límite biogeográfico entre ellas. Los datos son algo hermosos en ese sentido", dijo Andy Allen, oceanógrafo biológico de la Universidadde California, San Diego y la Institución de Oceanografía Scripps, que no estaba afiliada al estudio.
"Pero los hallazgos también sugieren un cierto nivel de vulnerabilidad del que podríamos no haber sido conscientes", agregó. "Si el sistema está perturbado, podría ser muy difícil volver a la línea de base".
De hecho, el cambio climático está afectando gravemente el hielo marino y la temperatura del agua en los climas polares, poniendo en peligro estas comunidades polares.
"Sabemos muy poco sobre estas comunidades de algas; podrían tener hallazgos beneficiosos, como antibióticos, productos farmacéuticos y enzimas novedosas que funcionan a baja temperatura", dijo Katrin Schmidt, coautora principal del estudio con Kara Martin. "Peroestos ecosistemas se están derritiendo literalmente ".
Impulsado por el cambio climático
El equipo utilizó un modelo del Quinto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático IPCC para predecir dónde y qué tan rápido se está moviendo el límite de 14 grados Celsius.
"Es impulsado por el clima: el agua cálida está reemplazando a las comunidades de agua fría. Y esto lo cambia todo", dijo Mock.
La marcha constante de aguas más cálidas hacia los polos podría tener consecuencias nefastas para los organismos marinos en estas redes tróficas, dijo Schmidt. Varias especies de ballenas, incluidas las ballenas grises y las jorobadas, migran para alimentarse en las regiones polares. Y los camarones se alimentan de las algas que se adhierena la parte inferior del hielo marino.
Un devorador de algas importante que podría verse afectado por el calentamiento de las aguas y el cambio de las comunidades de algas es el krill, un organismo que prospera en el Océano Austral, se parece a los camarones y es alimento para organismos más grandes como ballenas, pingüinos y focas."La biomasa del krill al menos es igual a la biomasa de todos los humanos en el planeta", dijo Mock. "Esto te da una idea de cuán importantes son estos organismos. Y ahora, imagina que la base del ecosistema está cambiando de agua fría, eucariotacomunidades de fitoplancton a agua caliente, comunidades de fitoplancton procariotas. "
Un cambio en la base repercutiría en toda la red trófica, como llevar un martillo neumático a los cimientos de una catedral. Es más, porque el fitoplancton eucariota y procariota combinados contribuye a aproximadamente el 50 por ciento del carbono fijo del mundo, alterando laEl equilibrio de las comunidades eucariotas y procariotas podría alterar el ciclo global del carbono, las tasas a las que el carbono se fija y metaboliza globalmente.
No solo eso, estos cambios, provocados por el cambio climático, podrían amenazar las industrias de alimentos marinos y otros servicios de los ecosistemas, como el turismo y la recreación, de los que dependen las naciones costeras e insulares, como el Reino Unido, dijo Mock.
"Creo que este documento se utilizará para asesorar a los legisladores para mitigar los efectos del cambio climático en los ecosistemas, porque ahora tenemos una nueva perspectiva sobre cómo el calentamiento está afectando a estas comunidades marinas", dijo Mock.dióxido CO 2 , que se produce a partir de la quema de combustibles fósiles, es lo que hace que aumente la temperatura de la superficie del océano."Lo que hay que hacer es reducir la producción de CO 2 esto es lo primero y más importante que debemos hacer ".
El estudio también involucró a investigadores de las siguientes instituciones: el Instituto Earlham Reino Unido, la Universidad de Exeter Reino Unido, el Instituto Alfred Wegener de Investigación Polar y Marina Alemania, la Universidad de Duisburg-Essen Alemania, elReal Instituto Holandés de Investigación del Mar Países Bajos, Universidad de Groningen Países Bajos.
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