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El mar es una sopa de virus

¿Qué distingue a un ser vivo de un objeto inanimado?

El análisis de su composición atómica nos sacaría de dudas pero no explica cuándo y por qué surge la vida.

La naturaleza del mundo según el premio Nobel de Física Frank Wilczek (Crítica, 2016).

Los átomos no albergan un soplo de vida. Tampoco las partículas subatómicas, un conjunto diverso y alucinante, terra incognita para biólogos e infinito campo de estudio para físicos como Frank Wilczek.

Aún así, no dejo de imaginar que existe alguna conexión entre la vida y el comportamiento y la energía de todas esas partículas que hemos descubierto en el último siglo gracias a inventos como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

Resulta intrigante pensar cómo esas partículas y átomos se organizaron en moléculas cada vez más complejas y abundantes, hasta el punto de trascender de una sopa salada para aislarse del medio y organizarse en células primitivas.

Con ellas multiplicaron su crecimiento y la existencia por todo el planeta replicadas en nuevas copias según el manual de instrucciones de sus ácidos nucleicos (al comienzo quizás ARN y luego ADN).

La supervivencia de las primeras formas de vida dependía de los recursos inertes de un planeta desolado. Después se diversificaron y algunas se especializaron en conseguir energía a partir de otros seres vivos e incluso reproducirse gracias a ellos.

Las características que definen a la vida son muchas, pero en todas ellas las células son la unidad básica de los tres reinos de los seres vivos: arqueas, bacterias y eucariotas.

Por debajo del nivel de organización celular están los virus, justo en la frontera entre un ser vivo y un pedrusco. “Partículas subatómicas” de la biología que no llegan a células ergo no están vivos.

Los virus carecen de metabolismo propio: son agentes infecciosos incapaces de crecer o reproducirse fuera de una célula. En fase extracelular (virión) son inertes y constan de ácidos nucleicos (ADN o ARN) y una cubierta de proteínas. Cuando infectan una célula cobran vida a expensas del huésped, condenado a una cuenta atrás en la que fabricará y liberará nuevos virus, a la espera de otro ciclo de infección.

Son extremadamente resistentes y se han llegado a aislar virus viables (Mollivirus sibericum) con 30.000 años de antigüedad en el permafrost siberiano.

Biomasa relativa y abundancia de procariotas, protistas y virus en el océano. Fuente: Suttle y col. (2007)

En el medio marino los virus pueblan por millones cada mililitro de agua (15 veces más que las bacterias y arqueas). Correlacionados con la productividad marina, son más abundantes en los primeros 250 metros, disminuyendo desde la costa hacia el océano abierto.

Los virus representan el 94% de las partículas con ácidos nucleicos y sólo el 5% de la biomasa total por su pequeño tamaño (<0.2 micras). Sin embargo, existe una minoría de virus gigantes que pueden ser visibles al microscopio óptico y superar a las bacterias en tamaño (0.2-1.5 micras) y longitud del genoma (>200 kb).

Emiliania huxleyi y el virus gigante EhV-86. Autor: Michaelson et al (2010). Fuente: Trends in Plant Science

Entre los virus gigantes hay ejemplos que afectan a eucariotas (incluyendo a microalgas como Emiliania huxleyi, Micromonas pusilla, Phaeocystis, Aureococcus y Chlorella) y bacteriófagos (virus que infectan sólo a procariotas: Prochlorococcus marinus).

La mayoría de virus marinos en forma libre se consideran infecciosos, aunque por precaución se les suele denominar “partículas como virus” (VLP en inglés: Virus Like Particles).

Una vez infectan al huésped, los virus pueden desarrollar un ciclo lítico (en el que destruyen al hospedador después de reproducirse) o lisogénico (recombinándose con el ADN del hospedador) donde se mantienen inactivos como prófagos y pueden reproducirse en las células lisogénicas hasta que un cambio ambiental active la fase lítica. Esto resulta muy útil como estrategia de supervivencia y reproducción cuando el hospedador se torna escaso en el medio.

Cuanto más leo sobre los virus más pienso en el mar como una sopa de bacterias y algas infectadas que revientan por doquier, mientras que el resto del plancton se aprovecha de sus restos para crecer…

NOTA CURIOSA: los virus también son estrategas de la r y de la K

Las especies oportunistas (de crecimiento rápido y grandes oscilaciones en su población) se denominan en ecología estrategas de la r, y las especialistas (menor crecimiento y poblaciones en equilibrio), son de la K. En el típico ejemplo de colonización de un nuevo sustrato, los oportunistas (r) se adelantan en los terrenos vírgenes mientras que los especialistas (K) les comen la tostada a medida que madura el ecosistema…

La enfermedad de la coliflor que afecta a peces como este pobre, es producida por virus del género Caulimovirus (CaMV). Fuente: Reefnation

Pues bien, virus y huéspedes coexisten a lo largo de un rango continuo de estrategas r y K. Muchos virus se pueden considerar oportunistas, con tiempos cortos de infección y muy destructivos (líticos). Tal es el caso, aparentemente, de la mayoría de los virus que infectan bacterias, microalgas y protistas en general.

Durante proliferaciones monoespecíficas de Emiliania huxleyi, Phaeocystis globosa o Heterosigma akashiwo se han llegado a identificar altas proporciones de células infectadas en la población.

Ello revela que los virus pueden provocar, en ocasiones, elevadas mortalidades y el colapso de blooms de fitoplancton.

En cambio, a medida que aumenta la complejidad de los huéspedes (invertebrados, peces y mamíferos marinos), los virus estrategas de la K se vuelven dominantes, asociados de forma estrecha y no virulenta a su huésped, con mortandades esporádicas altas.

Se calcula que los virus pueden transformar hasta el 26% del carbono fijado en fotosíntesis en materia orgánica disuelta por la lisis celular del plancton marino. Esto supone un impacto potencial en el clima del planeta a través de la “bomba biológica“: la capacidad del océano profundo para capturar el carbono de la atmósfera gracias a la materia orgánica particulada que sedimenta de la superficie.

Teóricamente el efecto de la actividad viral aumentaría la eficacia de la bomba biológica al 1) retener más nutrientes (materia orgánica disuelta rica en nitrógeno y fósforo) que estimularían la productividad primaria en las capas superiores del océano y 2) aumentar la sedimentación relativa de carbono (materia orgánica particulada: organismos infectados y restos de paredes celulares).

Los virus transportan una mochila genética diversa. El genoma de los virus codifica muchos genes implicados en la producción de la nueva generación de viriones a cargo del huésped, pero también se encuentran genes relacionados con otras funciones (síntesis de vitaminas, respuesta al estrés, motilidad, quimiotaxis, etc), que pueden beneficiar al huésped antes de la lisis celular.

Myovirus P-SSM2 (A, B) y P-SSM4 (C,D), los mismos que afectan a Prochlorococcus. Las barras indican 100 nm. Autor: Sullivan y col. (2005). Fuente: OPENi

En el caso de los fagos que infectan cianobacterias (Synechococcus y Prochlorococcus) se ha descubierto algo excepcional: genes fotosintéticos !! Los daños intracelulares asociados a la infección viral provocan un descenso en la actividad fotosintética del huésped y se piensa que dichos genes servirían para mantener la maquinaria fotosintética del “muerto viviente” el tiempo justo para terminar con éxito el ciclo lítico produciendo nuevos fagos.

Lindell y col. (2004) los secuenciaron y situaron en un árbol filogenético, y descubrieron que los genes fotosintéticos de los fagos de Synechococcus y Prochlorococcus se alineaban con los de sus respectivos huéspedes. Proceden de ellos.

En el caso de Prochlorococcus, los genes del fago se repartían entre distintos grupos genéticos de Prochlorococcus, lo que sugiere intercambios múltiples entre huésped y fago.

Se trata de un hallazgo fascinante…dichos genes fotosintéticos pueden transmitirse entre las poblaciones del huésped dada la existencia de recombinación genética entre los fagos y el ADN del huésped. Su transferencia y adquisición (así como la de otros genes relacionados con múltiples funciones), podrían ser una fuente de riqueza genética, contribuyendo a modelar los nichos ecológicos que ocupan diferentes especies o ecotipos adaptados a distintas condiciones de luz como en el caso de Prochlorococcus.

Referencias:

-Lindell D y col. Transfer of photosynthesis genes to and from Prochlorococcus viruses. PNAS 101:11013-018 (2014)
-Sime-Ngando T. Environmental bacteriophages: viruses of microbes in aquatic ecosystems. Front. Microbiol. 5; doi: 10.3389/fmicb.2014.00355 (2014)
-Sullivan MB y col. Three Prochlorococcus cyanophage genomes: signature features and ecological interpretations. PLoS Biol. 3(5): e144; doi: 10.1371/journal.pbio.0030144 (2005)
-Suttle CA. Marine viruses — major players in the global ecosystem. Nature Rev. Microbiol DOI: 10.1038/nrmicro1750 (2007)
-Wilhelm SW y col. A Student’s Guide to Giant Viruses Infecting Small Eukaryotes: From Acanthamoeba to Zooxanthellae. Viruses 9 (46); doi:10.3390/v903004 (2017)

Los misterios de Carús Falcón

“Una de las creaciones más prodigiosas de la Naturaleza, de las que más sublimes encantos encierran para el contemplador del Universo y más elevan el espíritu a las serenas y etéreas esferas del Infinito, es, sin duda, la de esos misteriosos seres diminutos, largos siglos ignorados de la humanidad, y aun hoy totalmente inadvertidos para la inmensa mayoría de las gentes…”

Así comenzaba “Los misterios de la Naturaleza, investigaciones sobre el micro-plankton de la Ría de Arosa” (1903), del Dr. Roque Carús Falcón, médico y naturalista de Vilagarcía de Arousa. Disfruté tanto leyéndolo que quise recuperar sus palabras y convertirlas en protagonistas de hoy.

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El Dr. Carús Falcón (1852-1910). Fuente: Patrimonio Vilagarcía. Para conocer su biografía: Album da Ciencia.

Incluye la primera descripción de dinoflagelados en la península ibérica y tiene un gran mérito ya que surgió de su propia iniciativa, con escasos medios pero mucha ilusión. Esta fue su declaración de intenciones al final del prólogo: “nuestro noble y desinteresado deseo de contribuir con el insignificante grano de arena de nuestro pobre esfuerzo al levantamiento de la tan abatida y escarnecida cultura patria […] se trata de meras especulaciones y lucubraciones científicas que no persiguen ningún fin utilitario práctico inmediato, pues que es hablar de…la mar!”

Las narraciones de la Plankton Expedition en 1889 impresionaron a Carús y le decidieron a muestrear la ría. En su relato quedan claros su amor por la región y el fastidio porque “la incuria de nuestros gobernantes no ha dotado esta ría, de excelentes condiciones para el caso, de estaciones y laboratorios biológicos á igual de los del golfo de Nápoles, de Plymouth, Marsella, Saint-Vaast y experimental de zoología y botánica de Santander”.

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El plano de la ría de Arousa de Carús Falcón. Autor: el capitán de fragata Fernández Flórez.

La prosa de Carús resulta novelesca e incluso divertida: describe todo lo que observaba (desde la fauna y flora, a los barcos y los paisajes de la ría), a veces con grandes dosis de imaginación.

El suyo fue un esfuerzo considerable: 165 páginas de texto más un plano de la ría de Arosa, una tabla estadística y 15 láminas con 297 figuras de plancton, crustáceos, moluscos, etc.

Éste es mi resumen…

Después de una breve descripción sobre el microplancton, Carús presenta las dos teorías que se disputaban la explicación sobre el origen y diversidad de las especies: “la teoría de la descendencia, fundada por el eminente botánico inglés Carlos Darwin, y la de las creaciones sucesivas”.

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Vilagarcía de Arousa, Carril y la Isla de Cortegada, desde el mirador del Monte Lobeira. Autor: F. Rodríguez

Confiesa admirar la de Darwin: “Nada más sugestivo, en verdad, para un joven naturalista filósofo apasionado por las concepciones brillantes y deslumbradoras del modernismo que la primera de dichas hipótesis”.

Y es que la segunda, aunque siga viva (esto sí que es cómico y no lo del estilo de Carús), sugiere que “las diversas especies de plantas y animales han sido creadas por omnipotencia sobrenatural ó divina, gradual y lentamente, a medida que la Tierra en sus fases sucesivas de evolución reunía condiciones adecuadas para su desarrollo, con centros simultáneos de creación en lugares remotos”. 

En el siguiente capítulo, “La morfología y biología marinas en el mundo de las plantas microscópicas” se encuentran los párrafos más impresionistas. Hablando de microalgas en el sedimento: “Multitud, cientos, miles, millones de pequeñísimas plantas diatomeas […] suben y bajan pivoteando, mantiénense horizontales y maniobran cual perfecto submarino […] que por el mucho volumen ascienden hasta las capas más superficiales, como queriendo abandonar el campo de combate, donde tal vez no falte la grotesca figura de algún inofensivo peridíneo [dinoflagelado] que trata de imponer miedo con sus afilados cuernos”.

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Ilustraciones de diatomeas en el trabajo de Carús Falcón. Reconocen alguna?. Autor: J. Thomas.

Luego, hablando sólo de las diatomeas: “Figurémonos una cajita de diáfano cristal de Bohemia, frústula, que puede adoptar todas las formas imaginables […] está dividida en dos mitades que se ajustan como las de una caja de cartón; que en el interior se encuentra una sustancia semilíquida […] de aspecto y composición análogos a la clara de huevo […] teñidas parcialmente de verde por la clorofila […] y otro principio colorante amarillo, diatomina.”

Y ahora lo mejor: “¿es posible que hayan sido creadas para recorrer el tubo intestinal de una sardina, delfín o ballena, por más que muchas veces salgan intactas de la pasajera, infecta y humillante morada, quitando á salvo su cuerpo y tal vez su existencia, pero no así su honor?”.

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Ilustraciones de peridináceas, tal como denomina en su trabajo a los dinoflagelados Carús Falcón. En la época se dibujaban “patas arriba”, con la epiteca hacia abajo. Les propongo el mismo acertijo de antes. Autor: J. Thomas.

De los dinoflagelados (Peridináceas): “se distinguen de las diatomeas por sus formas extravagantes, poco estéticas y feas, tienen de común con ellas su pequeñez y constitución histológica […] adáptanse mejor a las aguas frías, donde se encuentran con predominio cuantitativo […] agrupados en densas caravanas y discurriendo activos por el piélago […] en tanto que en las aguas cálidas […] disminuye el número de individuos, que propenden al aislamiento y pasividad […] cual si se sintiesen enervados por el excesivo calor tropical y quisieran economizar por el reposo el consumo de materia constitutiva…”.

Ahora llegamos al material de muestreo, que deja patente su voluntarismo y escasos medios: “En nuestro trabajo no hemos utilizado […] material tan costoso, por no permitirlo nuestro estado económico, ni exigirlo el rigor científico, tratándose de mares tan poco profundos […] Utilizamos como draga un pequeño caldero de bronce […] La red vertical, de gasa, cónica y con área de medio metro cuadrado, unida por su base mayor á un aro de madera, por la pequeña á un colector, un cilindro hueco de zinc lastrado con plomo […] Completan nuestro instrumental un pequeño torno de madera […] un pesa-sales, un termómetro […] varios frascos de cristal […] otros mayores, de casi un litro, de los que, en forma de barril, sirven de envase á las aceitunas en adobo […] algunos corchos sueltos ó cáscaras de huevo para medir aproximadamente, en los días de calma, la velocidad de las corrientes…”.

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No todo era microplancton, también había ilustraciones de crustáceos como éstas. Autor: J. Thomas.

Y luego, de regreso a tierra: “El material científico recolectado […] es llevado ahora al laboratorio ó gabinete donde ha de someterse al más escrupuloso examen y á los diversos métodos de preparación y conservación microscópicas […] y examinamos dicha gota en nuestro microscopio de bacteriología […] con aumentos entre 25 y 800 diámetros, pudiendo llegar a 1.600 con el objetivo de inmersión en la esencia de cedro”. No comentaré mucho los detalles de la preparación de las muestras, pero las trataba primero con alcohol al 3% y luego añadía una disolución concentrada de sublimado (“el cloral, clorhidratado de cocaína, cloroformo u otros anestésicos”), que lavaba con agua destilada “á fin de quitar el exceso de sublimado y del cloruro de sodio del agua del mar, pues de otro modo velarían la preparación microscópica con sus cristalizaciones”.

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La ría de Arousa, con la Illa de Arousa en el centro, vista desde el mirador del Monte Lobeira. Autor: F. Rodríguez

Respecto a la zona de los muestreos, es una oda a “la celebrada ría de Arosa […] la exuberancia paradisíaca de su campiña, rayana en los más hermosos vergeles del litoral mediterráneo; el hipnotismo, la fascinación misteriosa con que subyuga el ánimo, evocando los recuerdos de aquella poesía helénica y romana”. Y continúa luego “No tiene, es cierto, nuestro Lobeira, Castro Lupario, también cónico y de vertientes escarpadas y graníticas, la notable altura de 1.250 metros del Vesubio, que aquí no pasa de 300, ni el negro y fragoroso abismo de su cráter […] pero no por eso es menos digno de ser visitado por los veraneantes de estas playas…”.

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Cambados. Autor: F. Rodríguez

No tienen tampoco desperdicio las descripciones de los muestreos y las embarcaciones. Primero una pequeña batea, gamela (embarcación a remo de pequeño calado para trasladar personas a cortas distancias). Luego “un endeble y ligero esquife de remo y vela, triste despojo del trasatlántico francés Dom Pedro, naufragado […] con numerosas víctimas, en los peligrosos bajos de Corrubedo”. 

También se atrevió a una aventura en Cambados “En su ruinoso muelle, montón de escombros, fletamos una pequeña batea, medio anegada de agua, y, con nuestros bártulos de la pesca misteriosa, nos dirigimos al sitio de más calado de la rada…”. 

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Embarcación tradicional (dorna) en el puerto de Sto. Tomé (Cambados). Autor: F. Rodríguez

Casi se fueron a pique, pero eso sí, con dignidad hasta el final: “Estábamos a punto de naufragar, pues la gamela, tan impermeable al agua como una cesta, se había inundado de tal modo, que […] si bien el muchacho que nos acompañaba utilizó la palangana de nuestros artefactos para achicar el agua, no conseguía estancarla. En este crítico momento pasó rozando un galeón […] A él trasbordamos, logrando recoger con su rizón […] un poco de fango grisáceo…”

El último muestreo fue a lo grande: “realizamos esta agradable y última excursión marítima, fecunda para la ciencia por las especies y variedades nuevas registradas, á bordo del vapor Pasaje, buque de unas 50 toneladas y 9 millas de marcha que combinado con el ferrocarril hace dos viajes cuotidianos […] entre el puerto de Villagarcía y el de la Puebla del Caramiñal”. En aquella expedición pasaron “á barlovento del apuesto y bien cuidado cañonero español Vasco Núñez de Balboa”. Como dato curioso, años después aquel cañonero de la guerra de Cuba (junto al Hernán Cortés) realizó los primeros muestreos del IEO (Lo contábamos aquí).

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Torre de San Sadorniño (Cambados). Faro o atalaya (de origen fenicio o romano) que anunciaba la llegada de naves normandas. Las más famosas están en Catoira, que celebra una romería vikinga cada verano.

Carús hizo 8 muestreos entre 1899 y 1901: Vilagarcía, Vilaxoán, Rianxo, Carril, etc. En uno de ellos (Illa de Arousa, noviembre 1900) atravesaron “por entre la doble línea de buques de la imponente y soberbia escuadra; la más moderna; la mejor que cuenta la Gran Bretaña, por ser la que garantiza la defensa de sus extensas costas; la escuadra del Canal”. 

Todavía hoy a los de Vilagarcía se les sigue conociendo como los ingleses, y todo por aquellas visitas de la Royal Navy a la ría de Arousa entre 1874 y 1936.

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Pescando en la Ría de Arousa. Autor: F. Rodríguez

También cita Carús que muchos pueblos en la ría dependían de la industria de la pesca, en especial de la sardina, con fábricas de salazón y conservas.

Menciona las embarcaciones típicas en los puertos de Arousa (dornas, gamelas, lanchas pincheiras del jeito (para la sardina), galeones,…), los productos que transportaban los vapores mercantes (huevos de gallina que se exportaban a Sevilla y Cádiz, tablones de pino al Mediterráneo para cajas de naranjas y pasas), e incluso comenta algún dicho popular:“…las escarpadas, plomizas y áridas cumbres de la cordillera del Barbanza, cuyo pico a Curota, cuando está cubierto por las nubes bajas, es según las predicciones, falibles, de los prácticos de estas riberas, indicio seguro de mal tiempo”.

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Pleurosigma sp. a 60X y 10X. Autor: F. Rodríguez

En sus descripciones del fitoplancton dominan las diatomeas. A ellas dedicó 6 láminas en unas ilustraciones que permiten reconocer muchos de los 37 géneros que cita en la tabla final: Navicula, Melosira, Pleurosigma, Amphiprora, Licmophora, etc.

De los dinoflagelados muestra apenas una docena de ilustraciones y dos géneros (Ceratium y Peridinium) aunque en el texto cita a las Noctilucas (que no se clasificaban como dinoflagelados).

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Autor: J. Thomas.

Pero tal y como me comentaba mi colega Yolanda Pazos (fiel seguidora del blog que me descubrió y envió el trabajo de Carús, gracias Yolanda !!), en la lámina 9ª hay un par de figuras sospechosas de ser Dinophysis, identificadas por Carús como foraminíferos.

De sus conclusiones escogí lo siguiente: “se ve de gráfica manera lo que es axiomático: que la Naturaleza se muestra variadísima y antojadiza en las misteriosas manifestaciones del mundo invisible […] y que es preciso investigar mucho é in situ para comprender esta parte en estremo [sic] interesante de las ciencias naturales.”

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Autor: F. Rodríguez

Totalmente de acuerdo Sr. Carús: usted empezó y más de un siglo después aquí seguimos, estudiando y admirando los microorganismos que tanto le emocionaron como jamás podría soñar.

Referencias:

-Carús Falcón, R. Los misterios de la Naturaleza. Investigaciones sobre el micro-plakton de la Ría de Arosa, La Coruña: Imp. Vda. de Ferrer e Hijo (1903).
-Gómez F. Historia de las investigaciones sobre dinoflagelados marinos en España. LLULL 29:307-329 (2008).

 

 

 

 

Cambio climático y fitoplancton: una mirada al pasado

Las plantas terrestres representan el 99% de la biomasa vegetal y el invisible fitoplancton suma apenas el 1% en un momento dado. Pero no se dejen engañar por este dato.

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Si no les convence Ricky Martin de la importancia del fitoplancton quién lo va a conseguir. Fuente: guioteca.com

Cuando paseamos por un bosque nadie nos tiene que convencer de la importancia de los árboles (que si el aire es fresco, que si da gusto respirar entre ellos…). Pero las microalgas no funcionan como los bosques. Ya lo dijo Ricky Martin: el fitoplancton “Vive la vida loca” y sus ciclos no tienen nada que ver con el perezoso ritmo de vida de un árbol.

La biomasa entera del fitoplancton se renueva en apenas una semana, y multiplicado por la superficie del océano hace posible que estos pequeños seres produzcan tanto ó más oxígeno que todos los bosques del planeta !!

Cuando vemos diatomeas como estas deberíamos agradecerles el oxígeno que nos regalan igual que si fueran árboles. Autor: F. Rodríguez

Y otro tanto podríamos decir de la importancia de las microalgas y los océanos a la hora de absorber dióxido de carbono. Por todo ello nos deben preocupar, y mucho, los efectos del cambio climático en sus poblaciones.

La emisión de gases invernadero comenzó con la revolución industrial y no ha cesado de aumentar a lo largo de los s.XX y XXI. Les gustaría saber sus efectos sobre el fitoplancton?

Pues acudamos a nuestros bisabuelos y tatarabuelos oceanógrafos que hicieron trabajos magníficos con instrumentos (a veces) simples.

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El vapor “National” a su salida de Kiel el 14 de julio de 1889. Autor: Richard Eschke. Fuente: Wikimedia commons

En 1889 partió de Kiel la “Plankton-Expedition”, la 1ª expedicion oceanográfica centrada en el plancton organizada por la Fundación Alexander von Humboldt.

Fueron casi cuatro meses de navegación entre el océano Ártico y la isla de Ascensión en el Atlántico sur, a bordo del “National”.

Sus resultados permitieron estimar la abundancia y composición del plancton en el Atlántico, con el inesperado descubrimiento de que las aguas del Ártico eran mucho más productivas que el océano tropical.

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Victor Hensen (1835-1924) dirigió la Plankton Expedition. Biólogo marino, introdujo por primera vez el término “plancton“. Fuente: Wikipedia

Victor Hensen y sus colegas estimaron la productividad con la escala Forel-Ule (FU). Se trata de un método colorimétrico que asigna un valor al color del mar (entre 1 y 21), en función de su parecido con soluciones químicas que varían desde el azul claro al castaño-amarillento.

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La escala Forel-Ule (FU). Fuente: Teacher at Sea

El azul corresponde a regiones poco productivas y a medida que subimos en la escala FU, la cantidad de clorofila y la abundancia de fitoplancton es mayor.

 

Con esta técnica levantaron un bello mapa de color del Atlántico, revelando el mar oligotrófico de los Sargazos, el afloramiento norafricano y la señal del río Congo.

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Mapa de color del Atlántico basado en la escala FU, en el que aparece también el trayecto seguido por el National (1889). Fuente: Fig. 1 Wernand y col (2013).

La escala FU siguió utilizándose durante el siglo XX en numerosas expediciones oceanográficas, acumulando una ingente cantidad de datos antes de la llegada de los satélites y sus estimaciones de clorofila. Ése es su gran valor, una serie temporal de más de un siglo, justo al inicio de la revolución industrial.

La escala FU no es ningún juego de niños. Es posible usar sus valores para estimar concentraciones de clorofilas tal y como demostraron Wernand y col. (2013), “traduciendo” a clorofila más de 200.000 observaciones de FU desde la Plankton Expedition hasta el año 2000.

Su conclusión fue que a nivel global no existe una tendencia en la clorofila entre 1889 y 2000 aunque a escala regional detectaron, p.ej., descensos en el Índico y aumentos en el Mediterráneo.

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Lo inventó Angelo Secchi en 1865. Fuente: BBC.com

Pero no cantemos victoria que ahora viene el disco de Secchi, uno de los instrumentos más antiguos y simples en oceanografía.

Se trata de un disco blanco de 30 cm de diámetro que se sumerge hasta donde alcanza la vista para estimar la transparencia del agua. Pues bien, existen medidas con disco de Secchi desde 1899 y también sirven para estimar los valores de clorofila.

Fueron Boyce y col (2010) quienes publicaron en Nature las conclusiones de esta serie temporal a nivel global desde 1899 a 2008, en la que incluyeron además medidas in situ de clorofila (espectrofotometría y fluorescencia).

Qué concluyeron esta vez? un descenso global del fitoplancton en 8 de las 10 regiones oceánicas en las que dividieron sus cálculos. Estimaron que la biomasa media desciende ∼1% por año (40% en promedio desde los años 50′) y que todo apunta a que existe una relación inversa con el aumento de la temperatura media de los océanos. El descenso del fitoplancton es más pronunciado en latitudes bajas respecto a las zonas polares y el Índico es la única región donde observaron tendencias positivas generales.

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Proliferación de fitoplancton en el mar de Bering. Imagen de color natural obtenida el 4-IX-2014 mediante el sensor MODIS. Fuente: NASA

Y qué nos dicen los satélites? Las mediciones de clorofila disponibles desde 1979 arrojan una gran variabilidad interanual y decadal que no permite extraer tendencias claras a largo plazo. Desde hace años los satélites permiten estudiar, grosso modo, la composición del fitoplancton aprovechando las distintas longitudes de onda que absorben y reflejan los pigmentos de grupos como las diatomeas, cianobacterias, cocolitofóridos y algas verdes. En realidad estos grupos “ópticos” incluyen a muchos otros pero con sus limitaciones y errores se trata de una aproximación útil.

Rousseaux y col (2015) analizaron una serie temporal (1998-2012) obtenida con sensores SeaWiFS y MODIS, procesada mediante un modelo matemático en 3D del océano (NASA Ocean Biogeochemical Model (NOBM)). Y observaron que en el hemisferio norte existen descensos en todos los grupos de fitoplancton en algunas de las regiones estudiadas, pero el único que mostró un descenso global fueron las diatomeas, especialmente en el Pacífico. Por el contrario, en el hemisferio sur no encontraron descensos significativos.

Los autores del trabajo relacionan sus resultados con un descenso en la profundidad de la capa de mezcla superficial y la consiguiente reducción de nutrientes. La diferencia entre el hemisferio norte y sur la achacan al mayor calentamiento relativo del primero.

A día de hoy me atrevo a decir que los efectos del cambio climático sobre el fitoplancton son impredecibles. Los factores que controlan el crecimiento y acumulación de sus poblaciones son un puzzle con millones de piezas del que apenas tenemos unos miles. Teorías muchas, pero más de un siglo de oceanografía y aún no entendemos del todo cómo se forman y mantienen sus proliferaciones. Hablaremos de ello en la próxima entrada…

Referencias:

-Boyce DG y col. Global phytoplankton decline over the past century. Nature 466 (29 July 2010). doi:10.1038/nature09268.
-Rousseaux CS & Gregg WW. Recent decadal trends in global phytoplankton composition. Global Biogeochem. Cycles Global Biogeochem. Cycles, 29, doi:10.1002/2015GB005139 (2015).
-Wernand MR y col. Trends in Ocean Colour and Chlorophyll Concentration from 1889 to 2000, Worldwide. Plos ONE 8(6): e63766. doi:10.1371/journal.pone.0063766 (2013).