sábado, 24 de septiembre de 2016

Pulmones de la Tierra (2): el maravilloso fitoplancton

Bioluminiscencia del fitoplancton en una playa de Maldivas.
Como decía en la entrada anterior, las plantas con estructuras mayores y más complejas son las que tienen un balance de producción de oxígeno menor, o, dicho de otra forma, aquellas con una estructura sencilla (mucho "verde" y poco "tronco" dicho sea por simplificar) son las que presentan una mayor producción de oxígeno neta. Siguiendo ese razonamiento, parece lógico pensar que las grandes productoras de oxígeno son las plantas en crecimiento, las praderas, los bosques jóvenes, los cultivos y casi todas las plantas en crecimiento que te rodean, las cuales desprenden más oxigeno del que consumen. ¿Dónde se encuentran las comunidades vegetales que se multiplican continuamente y no cesan de crecer?: en el océano.

Por encima de todo, el verdadero pulmón del planeta, el responsable de que puedas respirar y estés leyendo este artículo se encuentra en los océanos. Los minúsculos organismos que se conocen como fitoplancton están en la base de la cadena trófica de los ecosistemas marinos y sirven de alimento tanto para el zooplancton como para para las ballenas y otros grandes animales marinos. Un estudio global de cuatro años ha descubierto, entre otras cosas, que el fitoplancton es una fuente clave de oxígeno en nuestro planeta. Los microorganismos autótrofos que lo componen producen entre el 50 y el 85% del oxígeno que se libera cada año a la atmósfera. Ese intervalo es muy amplio, porque todavía resulta muy difícil evaluar la productividad real del fitoplancton habida cuenta de sus oscilaciones anuales ligadas a factores que comentaremos y su desigualdad distribución en las aguas oceánicas.

En un proyecto llamado Tara Oceans, dirigido por la organización sin fines de lucro francesa Tara Expeditions, 200 científicos de 45 países investigaron el plancton a bordo de una goleta de dos mástiles. Los investigadores confirmaron lo que desde hace un par décadas se sospechaba gracias los satélites Nimbus de la NASA y de la Agencia Meteorológica estadounidense (NOAA). Las imágenes de teledetección realizadas por la última misión (Nimbus-7, que regresó a la Tierra en 1994 después de orbitar la Tierra durante 16 años) demostraban que la productividad oceánica, evaluada en función de la clorofila concentrada en la superficie marina podía ser superior a la productividad de los ecosistemas terrestres. Los resultados de Tara Oceans confirman que el fitoplancton está generando al menos la mitad del oxígeno que respiramos (unas 270.000 millones de toneladas al año) y retirando de la atmósfera al año 2.000 millones de toneladas de CO2, lo que resulta esencial para mantener la vida sobre la Tierra y mitigar los efectos del cambio global.

Aunque hoy día sabemos más de la superficie de Marte que de las profundidades oceánicas, la enorme productividad de los océanos no debe sorprendernos si tenemos en cuenta que casi tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta están cubiertos por mares y océanos. Además, mientras que la actividad fotosintética en las tierras emergidas se reduce a una delgada capa superficial de la corteza terrestre, la que pueden ocupar las plantas, la productividad primaria de las aguas marinas es volumétrica, puesto que los organismos fotosintéticos ocupan la franja iluminada, la zona eufótica, que puede alcanzar una profundidad de hasta 200 metros en las zonas tropicales.

Comencemos por conocer el término plancton, palabra derivada del griego que significa vagabundear o ir a la deriva. Se denomina plancton a un conjunto de microorganismos diminutos que habitan en los volúmenes de aguas masivas como los océanos y algunos depósitos de agua dulce. Estos organismos microscópicos flotan en el agua por encima de los 200 metros de profundidad y son responsables de gran parte de la vida acuática del planeta. Por lo general, los infinitos organismos que constituyen el plancton se clasifican en 2 grupos, el zooplancton, que se refiere al componente animal, y el fitoplancton, la fracción vegetal. Ambos grupos son parte esencial de la gran cadena alimenticia que, desde a los pequeños corales a las gigantescas ballenas, nutre a miles de especies en las aguas.

El zooplancton está formado por organismos heterótrofos, es decir, que deben alimentarse de los autótrofos del fitoplancton, equivalentes microscópicos de las plantas terrestres en lo que a producción de oxígeno y consumo de dióxido de carbono (CO2) se refiere. Entre esos organismos hay cianobacterias fotosintéticas (también llamadas algas verde-azuladas), pero sobre todo algas unicelulares de diferentes grupos. Entre los tipos comunes se cuentan diatomeas, dinoflagelados, clorófitas o algas verdes y cocolitóforos.

El fitoplancton posee clorofila, el pigmento que hace posible la fotosíntesis; además de esto, sirve como alimento a su grupo antagonista, el zooplancton, quienes a su vez sirve de alimento a otros animales marinos. Por lo tanto, miles de millones de plantas microscópicas que habitan el seno de los océanos realizan su ciclo de renovación y muerte en apenas unos días. Ese infinito universo que nace y muere continuamente, el fitoplancton, es el pulmón que produce la mayor parte del O2 que respiramos. Pero, además de absorber la luz y de liberar O2, la clorofila permite a estas minúsculas plantas retirar el dióxido de carbono disuelto para fijarlo, en forma de carbohidratos, a sus estructuras biológicas. Cuando mueren, se llevan el carbono al fondo de los mares donde permanece durante millones de años.

El crecimiento del fitoplancton depende de la disponibilidad de CO2, luz y nutrientes. Como las plantas terrestres, el fitoplancton requiere nutrientes: nitrato, fosfato, silicato y calcio a concentraciones diferentes dependiendo de la especie. También requieren ciertas cantidades de hierro, lo que limita su crecimiento en grandes áreas del océano en las cuales las concentraciones de hierro son muy bajas. Otros factores que influyen en las tasas de crecimiento del fitoplancton incluyen la temperatura y la salinidad del agua, la profundidad, el viento y el tipo de depredadores que se alimentan de fitoplancton.

Cuando las condiciones son adecuadas, las poblaciones de fitoplancton pueden crecer de forma explosiva, un fenómeno conocido como afloramiento. Los afloramientos en el océano pueden cubrir cientos de kilómetros cuadrados y son fácilmente visibles en las imágenes de satélite. Un afloramiento puede durar varias semanas, pero la vida de cualquier organismo del fitoplancton dura rara vez más de unos pocos días.

El fitoplancton crece a lo largo de las costas y las plataformas continentales, a lo largo del ecuador en el Pacífico y el Atlántico, y en las zonas de latitudes altas. Los vientos juegan un papel importante en la distribución del fitoplancton, ya que impulsan las corrientes que hacen que las aguas profundas, cargadas de nutrientes, suban a superficie y provoquen las zonas de afloramiento.

Esas zonas de afloramiento, que se encuentran a lo largo del ecuador debido a la convergencia de los vientos alisios del este, y otras a lo largo de las costas occidentales de varios continentes, se encuentran entre los ecosistemas marinos más productivos. Por el contrario, el fitoplancton es escaso en las remotas zonas oceánicas donde las corrientes marinas giran sobre sí mismas en las que los nutrientes son escasos. Esa desigual distribución puede verse en este vídeo de la NASA, que muestra las variaciones en la concentración media de clorofila en los océanos mundiales entre julio de 2002 y mayo de 2010. Es más abundante (el color amarillo marca los niveles altos de clorofila) en latitudes altas y en las zonas de surgencia a lo largo de la línea ecuatorial y cerca de las costas. Por el contrario, es escaso en el interior remoto de los océanos (azul oscuro), en los que los niveles de nutrientes son bajos.

El fitoplancton puede aflorar explosivamente durante unas pocas semanas o días. Esta pareja de fotografías satelitales muestra un afloramiento formado en la costa oriental de Nueva Zelanda el 25 de octubre de 2009. Fuente: NASA.

Como ocurre con las plantas terrestres, el crecimiento del fitoplancton varía según la estación. En latitudes altas, los picos productivos se producen el primavera y verano, cuando la luz solar aumenta y la mezcla incesante del agua que provocan las tormentas de invierno casi cesa. Investigaciones recientes sugieren que la fuerte mezcla de las aguas durante el invierno sienta las bases para el crecimiento primaveral explosivo del fitoplancton, porque hace subir los nutrientes de las aguas profundas hasta las capas iluminadas superiores y lo separa de sus depredadores del zooplancton.

Por el contrario, en los océanos subtropicales, las poblaciones de fitoplancton disminuyen en verano. A medida que las aguas superficiales se calientan durante el verano, se hacen muy estables. Con el agua caliente remansada en la parte superior por encima de las capas de aguas fría, la columna de agua no se mezcla fácilmente. El fitoplancton utiliza hasta agotar los nutrientes disponibles en superficie, y el crecimiento se desploma hasta que las tormentas de invierno vuelven a poner en marcha la mezcla.

En primavera y verano, el fitoplancton aflora en las latitudes altas y disminuye en las latitudes subtropicales. Los mapas muestran la concentración media de clorofila de los meses de mayo entre 2003 y 2010 (izquierda) y de noviembre entre 2002 y 2009 (a la derecha) en el Océano Pacífico. Imagen de la Nasa.

En las zonas de latitudes más bajas, incluyendo el Mar Arábigo y las aguas alrededor de Indonesia, los picos productivos estacionales están vinculados a menudo con los cambios en la dirección de los vientos relacionados con el monzón. A medida que los vientos cambian de dirección (hacia alta mar o hacia tierra), las surgencias de aguas profundas aumentan o disminuyen, lo que cambia la concentración de nutrientes. En la permanente zona de surgencia ecuatorial, hay muy pocos cambios estacionales en la productividad del fitoplancton.

La mayor influencia en las diferencias anuales en la productividad global del fitoplancton se debe al patrón climático de la Oscilación Meridional de la corriente de El Niño (ENSO, por sus siglas en inglés: El Niño-Southern Oscillation). Los ciclos ENSO se manifiestan en cambios significativos en la temperatura superficial del mar y los que se producen en los patrones de viento y lluvia en el océano Pacífico a lo largo de la línea ecuatorial.

Cuando actúa El Niño, la productividad del fitoplancton en el Pacífico ecuatorial disminuye drásticamente a medida que los vientos alisios del este, que normalmente aumentan los afloramientos de nutrientes, circulan en dirección contraria. La transición entre El Niño y su corriente opuesta, La Niña, que provoca un aumento repentino de las aguas profundas cargadas de nutrientes, viene a veces acompañada por un enorme aumento en la productividad del fitoplancton.

Las influencias de El Niño influyen en los patrones climáticos más allá del Pacífico. En el océano Índico en torno a Indonesia, por ejemplo, la productividad del fitoplancton aumenta durante El Niño. La productividad en el Golfo de México y en el oeste del Atlántico subtropical se ha incrementado durante los eventos de El Niño en la última década, probablemente debido a que el aumento de las precipitaciones y la escorrentía aportan más nutrientes de lo normal. En comparación con los cambios de productividad en el Pacífico tropical relacionados con el ENSO, las diferencias año a año en la productividad en las latitudes medias y altas son pequeñas.

Durante una surgencia en diciembre de 1997 de El Niño en la zona de calmas del Pacífico ecuatorial (izquierda) se reduce la densidad del fitoplancton. Por el contrario, cuando hay una surgencia de La Niña en la misma zona (diciembre de 1998) la concentración del fitoplancton aumenta (derecha). Imagen de la Nasa.


Por último, hay que resaltar el papel crucial del fitoplancton en el ciclo del carbono y, como consecuencia, en su colosal capacidad para purificar el aire. Gracias a la fotosíntesis, el fitoplancton consume CO2 a una escala equivalente a los ecosistemas terrestres. Se calcula que cada año incorpora entre 45 y 50 millones de toneladas de carbono inorgánico. Las plantas terrestres, incorporan unos 52 millones de toneladas de carbono al año. Pero mientras que el carbono captado por las plantas terrestres acaba por regresar a la atmósfera a corto o medio plazo, cuando el fitoplancton muere parte del carbono captado cae a las profundidades del océano.

Todos los organismos vivos de la zona fótica se hunden cuando mueren, por lo que normalmente existe una constante lluvia de materia orgánica hacia aguas más profundas. El fitoplancton utiliza nutrientes inorgánicos para hacer la fotosíntesis. Los compuestos orgánicos formados se incorporan primero al propio fitoplancton y luego a organismos que lo consumen. Cuando se hunden en las profundidades al morir, unos y otros eliminan los nutrientes de las aguas poco profundas del océano. Los nutrientes son devueltos a las capas superiores de agua sobre todo en lugares donde hay fuertes corrientes ascendentes debido a la topografía del fondo y los patrones de las corrientes oceánicas. Gran parte de las capas superiores del océano abierto son pobres en nutrientes. Aproximadamente el 15% de la materia orgánica creada cada año por el fitoplancton se pierde en las profundidades del océano, mientras que el 85% restante se recicla entre los organismos que viven en las aguas iluminadas.

A nivel mundial, esta "bomba biológica de carbono" transfiere aproximadamente 10 gigatoneladas de carbono de la atmósfera a las profundidades del océano cada año. Incluso pequeños cambios en el crecimiento del fitoplancton pueden afectar a las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico, lo que se refleja en las temperaturas superficiales globales.

El fitoplancton es responsable de la mayor parte de la transferencia de CO2 de la atmósfera al océano. El CO2 se consume durante la fotosíntesis, y el carbono se incorpora a la biomasa del fitoplancton de la misma forma fitoplancton que el carbono se almacena en la madera y las hojas de un árbol. La mayor parte del carbono se devuelve a las aguas cercanas a la superficie cuando el fitoplancton muere o se descompone, pero parte cae gravitacionalmente en las profundidades del océano. Imagen de la Nasa.

Y ahora una última pregunta. ¿Cómo es posible que la masa de fitoplancton no se agote si la biomasa de organismos que lo depredan es bastante superior? El balance se compensa con una elevada tasa de renovación. La alta tasa de reproducción del fitoplancton hace que sus poblaciones se renueven más rápidamente de lo que son depredadas o consumidas. Un tiburón ballena que se alimenta de millones de estas pequeñas células fotosintéticas, sólo es capaz de parir una cría al año. En cambio, una diatomea es capaz de genera cada día un millón de descendientes. De esta forma, las cuentas del equilibrio de la vida, sí que cuadran.

Decir que el fitoplancton es ecológicamente importante es una obviedad.