This is an authorized translation of an Eos article. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos.
Las olas de calor marinas describen casos de aguas extraordinariamente cálidas que pueden permanecer en la superficie del océano durante meses. Al igual que las olas de calor que experimentamos en tierra, las olas de calor marinas pueden alterar la química ambiental y estancar los procesos biológicos. Mientras que las pérdidas catastróficas de megafauna son indicadores evidentes de un sistema de estrés, los investigadores han comenzado a recopilar datos suficientes para entender cómo los organismos microbianos en la base de las redes tróficas oceánicas están respondiendo a las olas de calor.
Un nuevo estudio publicado en Nature Communications presenta una década de mediciones que documentan dos olas de calor sucesivas en el noreste del Océano Pacífico. El equipo interdisciplinario de autores de este artículo utilizó una combinación de una boya robótica autónoma, un crucero oceanográfico y datos satelitales para entender cómo las comunidades microbianas de la región se reorganizaron en respuesta a estos eventos extremos.
Los investigadores descubrieron que la producción de materia orgánica incrementó en la superficie del océano durante las olas de calor, pero las partículas ricas en carbono no se hundieron, ni flotaron, más bien, se quedaron en su lugar.
La bomba biológica de carbono
Fitoplancton—diminutos microbios fotosintetizadores—activan la bomba biológica de carbono. Al usar la luz solar y el dióxido de carbono (CO2) para crecer, el fitoplancton extrae carbono de la atmósfera y lo incorpora al ciclo del carbono océanico. El zooplancton se alimenta en los extensos campos con estos organismos similares a plantas, transportando carbono a zonas más profundas de la columna de agua en forma de pellets fecales y pedazos de plancton a medio comer. Eventualmente, algunas de estas partículas se sumergen lo suficientemente como para alimentar los ecosistemas de las profundidades oceánicas.
“La capacidad del océano para capturar carbono depende de los microbios en la base de la red trófica.”
Esta bomba de carbono representa un amortiguador globalmente relevante frente a los impactos del cambio climático, ya que el océano absorbe aproximadamente la cuarta parte del CO2 emitido por la actividad humana. Algunas estimaciones sugieren que nuestras concentraciones atmosféricas actuales de CO2, podrían incrementar hasta un 50% si la bomba biológica de carbono dejará de transportar carbono hacia las profundidades del océano.
“La capacidad del océano para capturar carbono depende de los microbios en la base de la red trófica, entonces es muy importante que nosotros comencemos a entender cuáles son los impactos de las olas de calor marinas en las comunidades microbianas”, explicó Mariana Bif, autora principal del nuevo estudio. Bif es profesora asistente en la Universidad de Miami y anteriormente fue investigadora en el Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey, o MBARI por sus siglas en inglés.
Cuando la red trófica se enreda
En ambas olas de calor marinas rastreadas en el estudio, los investigadores encontraron que la bomba de carbono biológica mostraba señales de sobrecalentamiento. Las partículas ricas en carbono se quedaron estancadas aproximadamente a los 200 metros (660 pies) debajo de la superficie, pero durante las dos olas de calor, distintos mecanismos causaron esta acumulación.
La primera ola de calor incluida en el estudio empezó en el 2013, cuando vientos inusualmente débiles sobre el Pacífico no lograron devolver el aire cálido del verano hacia el territorio continental de los Estados Unidos. La ola de calor, apodada “the Blob” fue noticia cuando las aguas cálidas, estancadas y deficientes en oxígeno provocaron mortandades masivas de fauna en todos los rincones del Pacífico antes de disiparse en 2015.
En 2019, la nubosidad irregular sobre el océano y prepararon el escenario para que otra ola de calor barriera con el noreste del Pacífico. Esta segunda ola de calor elevó nuevamente las temperaturas y pasó a conocerse como “the Blob 2.0”.
Bif y sus coautores encontraron que durante ambas olas de calor, la comunidad microbiana marina experimentó un cambio en sus “mandos intermedios”.
Dentro de los primeros años del Blob, las condiciones físicas y químicas favorecieron a especies más pequeñas de fitoplancton, lo que a su vez favoreció a un nuevo grupo de alimentadores zooplanctónicos. Esta discreta red trófica, eventualmente creó una capa oceánica llena de partículas orgánicas que eran demasiado ligeras para hundirse en las aguas más densas de las profundidades.
Durante el Blob 2.0, las concentraciones de las partículas de materia orgánica fueron aún más altas, pero el incremento no provino totalmente de la producción primaria. Esta vez las condiciones favorecieron a especies frugales. Los organismos oportunistamente capaces de alimentarse de detritos y de materia orgánica de menor calidad se volvieron más predominantes, mostrando que el sistema estaba ciclando y reciclando carbono para mantenerlo en la parte superior de la columna de agua. Dentro de esta comunidad, los parásitos prosperaron, y organismos (incluido un grupo de radiolarios) que nunca antes se habían observado en el noreste del Pacífico comenzaron a aparecer regularmente.
Midiendo en medio de la nada
La gama de tecnología utilizada en el estudio lo distingue de esfuerzos previos para catalogar los efectos de las olas de calor marinas
“Ahora nosotros estamos entrando en una era de ‘big data’ en la biogeoquímica oceánica, mientras que antes estábamos limitados a lo que podíamos recolectar desde los barcos.”
“Ahora nosotros estamos entrando en una era de ‘big data’ en la biogeoquímica oceánica, mientras que antes estábamos limitados a lo que podíamos recolectar desde los barcos,” dijo Stephanie Henson, científica principal en el Centro Nacional de Oceanografía en Southampton (NOC Southampton, por sus siglas en inglés), Reino Unido. Henson no participó en el estudio.
Henson explicó que las boyas autónomas y otros sistemas de monitoreo avanzado están permitiendo a los investigadores trabajar con un set de datos que se extiende más allá de la duración de un crucero oceanográfico.
“La gente ha estado estudiando las respuestas a las olas de calor marinas en sistemas como los arrecifes de coral, etcétera”, dijo Henson, explicando que los investigadores han observado que no todas las respuestas biológicas son iguales de una ola de calor marina a otra. Sin embargo, señaló que este estudio fue el primero que demuestra que los flujos de carbono en el océano, también presentan respuestas complejas a las olas de calor marinas.
Para revisar los signos vitales del Pacífico antes, durante y después de cada una de las olas de calor, los investigadores recurrieron a la Red Global de Biogeoquímica Oceánica (GO-BGC, por sus siglas en inglés). Los instrumentos GO-BGC son un subconjunto de la red Argo, una red global de miles de boyas robóticas autónomas. Cada boya se desplaza libremente con las corrientes oceánicas, monitoreando el pH, la salinidad, la temperatura y otros parámetros
A pesar de todo lo que pueden hacer, las boyas no son capaces de recolectar muestras microbianas. Para esto, en lugar de que Bif buscara la data, la data llegó a Bif.
Steven Hallam, microbiólogo de la Universidad de Columbia Británica y coautor en el nuevo estudio, se puso en contacto con Bif después de leer una entrevista con ella sobre su trabajo en olas de calor marinas. Él tenía la corazonada de que las muestras de ADN planctónico almacenadas en el refrigerador de su laboratorio podrían ser de ayuda para la investigación de Bif sobre el ciclo del carbono en el océano. Científicos del grupo de laboratorio de Hallam habían publicado previamente investigaciones sobre comunidades bacterianas en la misma región, usando muestras recolectadas durante los cruceros oceanográficos a lo largo del transecto Line P frente a la costa de Columbia Británica.
Después de un intercambio por correo electrónico, el grupo de laboratorio de Hallam analizó las muestras, expandiendo el análisis de las bacterias a la composición de la comunidad entera, lo que resultó en una contribución significativa al estudio de Bif.
Mientras la historia de cómo el ADN planctónico vino a Bif es un testimonio del poder entre la comunicación y colaboración en la ciencia, Henson notó que los transectos de la Line P, no necesariamente se superponen espacialmente con las regiones de mayor impacto de las olas de calor marinas, y combinar los conjuntos de datos de diferentes escalas (como los datos obtenidos en barcos y los datos de flotadores autónomos) debería hacerse cautelosamente.
Además, Henson añadió, “Es lo mejor que podemos hacer por el momento”
Incertidumbres persistentes
Respecto a las investigaciones futuras, Bif está involucrada en algunos nuevos proyectos explorando regiones marinas desoxigenadas, pero dijo: “Mi enfoque siempre es en los flotadores BGC-Argo”.
Bif indicó que será interesante observar los datos de BGC-Argo desde los flotadores que están en medio de la ola de calor marina afectando actualmente el Pacífico Norte. Esa ola de calor ya está mostrando señales de desaceleración, aunque los científicos dicen que probablemente permanecerá durante el invierno.
“No estoy seguro de si esto va a tener el alcance que tuvieron algunas de las olas de calor marinas anteriores en la región”, dijo Nick Bond, quien no estuvo involucrado en esta investigación pero estudió las olas de calor marinas como parte de su rol anterior como climatólogo del estado de Washington. Ahora él es investigador sénior en la Universidad de Washington.
“Lo que no medimos, no podemos entenderlo. Necesitamos más inversiones para monitorear el océano.”
Bond añadió que mientras haya “evidencia tentativa” de que el calentamiento climático puede estar incrementando la frecuencia de olas de calor marina en el Pacífico, aún hay mucho más por aprender antes de que los científicos puedan pronosticar con precisión cómo se comportarán en el futuro.
Mientras tanto, otra incógnita que se avecina para este campo de investigación se está desarrollando nuevamente en tierra firme.
“Hay un poco de incertidumbre en la comunidad porque al momento, para el programa global Argo, Estados Unidos contribuye aproximadamente con la mitad de los flotadores que se despliegan”, dijo Henson, aludiendo su preocupación a los recortes presupuestarios recientes en Estados Unidos. Sin embargo, ella explicó que otros países están intensificando sus contribuciones para mantener a flote el programa Argo.
“Lo que no medimos no podemos entenderlo. Necesitamos más inversiones para monitorear el océano” dijo Bif.
—Mack Baysinger (@mack-baysinger.bsky.social), Escritor de ciencia
This translation by translator (@Cecilia Ormaza) was made possible by a partnership with Planeteando y GeoLatinas. Esta traducción fue posible gracias a una asociación con Planeteando and GeoLatinas.