El mar al norte de las islas hawaianas es parte del giro subtropical del Pacífico Norte, una corriente arremolinada que atraviesa el océano desde Japón hasta California. A este vórtice se le suele llamar desierto biológico, ya que sus aguas contienen bajos niveles de nutrientes, según Science.
Pero los satélites que apuntan hacia el giro captan algo increíble casi todos los veranos: una explosión de color arremolinada en la superficie del agua que florece y luego se apaga. Esta es una floración de fitoplancton.
Aunque estas vibrantes erupciones pueden cubrir cientos de miles de kilómetros cuadrados de océano, gran parte de cómo y por qué ocurren estos cambios biológicos a gran escala ha sido un misterio. Un nuevo estudio, publicado en Progress in Oceanography, ha revelado la biología de estas floraciones.
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¿Qué constituye la floración del fitoplancton?
Antes de la nueva investigación, los científicos al menos conocían a los principales actores de las historias de estas floraciones. Comienzan con dos tipos de fitoplancton. Los primeros son pequeños microbios marinos llamados diatomeas, que se asocian con diazótrofos, bacterias que metabolizan el gas nitrógeno en moléculas que las flores utilizan como fuente de nitrógeno. Pero más allá de estos conceptos básicos, se desconocía cómo se extendieron y extinguieron las floraciones de fitoplancton.
Estas flores no son fáciles de estudiar. Ocurren lejos de la tierra y en momentos impredecibles durante el verano. Con una forma de capturar las flores en vivo, los investigadores de la Universidad de Hawai’i (UH) en Mānoa reservaron tiempo a bordo del buque de investigación Kilo Moana en el verano de 2022. Afortunadamente, una floración masiva al noreste de Maui comenzó durante su estancia a bordo.
“Esta expedición integral requirió una planificación cuidadosa, una ejecución hábil, un trabajo en equipo eficaz y un poco de suerte: ¡fuimos cuatro por cuatro!” dijo David Karl, autor principal del estudio y oceanógrafo de la Universidad de Hawai’i, en un comunicado de prensa.
El 5 de agosto de 2022, el Kilo Moana navegó hacia la floración.
Encontrar las condiciones perfectas
Al tomar muestras de las aguas, el equipo registró una gran cantidad de información sobre la floración. Esto incluyó los microbios presentes en la floración, la dinámica de los nutrientes y la progresión de procesos biológicos como la fotosíntesis y la fijación de nitrógeno.
Su análisis mostró que la asociación entre diatomeas y diazótrofos requería condiciones adicionales para iniciar una floración. Estos incluyen altos niveles de silicato y fosfato, una alta tasa de supervivencia entre los microbios oceánicos y una región de mezcla poco profunda para los dos tipos de microbios, que los expone a abundante luz, ayudándolos a metabolizar el nitrógeno y crecer.
Los investigadores querían explorar cómo las floraciones afectaban al resto de la capa superior del océano. Descubrieron que la rápida y densa proliferación de fitoplancton impedía que la luz solar llegara a las profundidades, lo que afectaba a la vida marina.
“La acumulación de fitoplancton en la superficie bloqueó suficiente luz como para que se produjera una fuerte disminución de la fotosíntesis por debajo de unos 50 metros”, dijo Rhea Foreman, autora principal del estudio y oceanógrafa de la Universidad de Hawai’i, en un comunicado de prensa.
Los investigadores combinaron sus datos con registros del programa Hawai’i Ocean Time-series (HOT) de la Universidad de Hawai’i, que ha monitoreado el océano junto a una estación local durante casi 40 años.
“Al comparar los datos de la expedición de 2022 con los datos de HOT, que muestran las condiciones de referencia en la Estación ALOHA, pudimos distinguir características únicas de la floración de las condiciones normales de fondo, y eso nos ayudó a comprender el ciclo de vida de la floración”, dijo Foreman.
Cómo mueren finalmente las flores
Este análisis sugirió cómo las flores pueden eventualmente morir. Los autores propusieron que las explosiones podrían quedarse sin combustible nutritivo, que la región de mezcla podría descender al océano, reduciendo el crecimiento, o que los niveles crecientes de parásitos o virus podrían aumentar la mortalidad entre los colaboradores del fitoplancton.
La investigación del equipo podría tener implicaciones importantes para nuestro clima. Las asociaciones de fitoplancton se hunden rápidamente cuando mueren, llevándose consigo grandes cantidades de carbono atmosférico.
“Lo que es misterioso es por qué los organismos fijadores de nitrógeno no son tan abundantes en estas aguas, ya que esencialmente están creando el nutriente que es más limitado en este entorno”, concluyó Foreman. “Aprender sobre lo que limita el crecimiento de los diazótrofos nos dice mucho sobre lo que limita el potencial general para la producción fotosintética en los giros bajos en nutrientes. Esto es importante porque los giros desempeñan un papel importante en el equilibrio del dióxido de carbono entre el océano y la atmósfera”.
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