Los científicos toman muestras de una estera marrón de fitoplancton agregado. Crédito:Katrin Schmidt
Es probable que el calentamiento global provoque cambios abruptos en importantes comunidades de algas debido a los límites cambiantes de los "puntos de ruptura" de la biodiversidad en los océanos, según una investigación de la Universidad de East Anglia y el Instituto Earlham.
Un nuevo estudio publicado hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza , encuentra que a medida que el cambio climático se extiende al hemisferio cálido, Se predice que estos límites cambiarán hacia los polos durante los próximos 100 años.
En lugar de un cambio gradual en la diversidad microbiana debido al calentamiento, los investigadores sugieren que sucederá de manera más abrupta en lo que ellos llaman 'puntos de ruptura', donde la temperatura del océano superior es de alrededor de 15 grados en promedio anual, separando aguas frías y cálidas.
El Reino Unido es una de las zonas con más probabilidades de verse gravemente afectada, y más repentinamente de lo que se pensaba. Pero el equipo dice que los cambios podrían detenerse si actuamos rápidamente para detener el cambio climático.
Profesor Thomas Mock, de la Facultad de Ciencias Ambientales de la UEA, dijo:"Las algas son esenciales para mantener un ecosistema saludable para equilibrar la vida marina. Al absorber la energía de la luz solar, dióxido de carbono y agua, producen compuestos orgánicos de los que puede vivir la vida marina.
“Estos organismos sustentan algunas de las redes tróficas más grandes de la Tierra e impulsan los ciclos biogeoquímicos globales.
"Responsable de al menos el 20 por ciento de la fijación global de carbono anual, Los cambios de temperatura podrían tener un impacto significativo sobre las algas que nuestros sistemas marinos, la pesca y la biodiversidad oceánica dependen.
A medida que aumentan las temperaturas medias de la superficie del mar debido al cambio climático, Thomas Mock ha visto cambios en la vida acuática, por ejemplo, esta lubina europea, frente a la costa sureste de Inglaterra. La lubina europea tiene un rango óptimo de temperatura de alrededor de 50 a 77 grados Fahrenheit, mientras que el bacalao, icónico por su popularidad en las tiendas de pescado y patatas fritas del Reino Unido, Prefiero vivir entre 34 y 59 grados Fahrenheit. Crédito:Thomas Mock
"Queríamos comprender mejor cómo la crisis climática está afectando a las algas en todo el mundo, desde el Ártico hasta la Antártida".
La investigación fue dirigida por científicos de la UEA en colaboración con el Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) (JGI, EE. UU.) Y el Earlham Institute (Reino Unido).
El principal estudio fue realizado durante más de 10 años por un equipo internacional de 32 investigadores, de instituciones como la Universidad de Exeter en el Reino Unido y el Instituto Alfred Wegener de Investigación Polar y Marina en Alemania.
Implicó el primer análisis polo a polo de cómo las algas (fitoplancton eucariota) y sus genes expresados se distribuyen geográficamente en los océanos. Por lo tanto, el equipo estudió cómo está cambiando la actividad de sus genes debido a las condiciones ambientales en la parte superior del océano de un polo a otro.
Como la parte superior del océano ya está experimentando un calentamiento significativo debido al aumento de CO 2 niveles, los investigadores estimaron cómo podría cambiar la distribución de estas comunidades de algas basándose en un modelo del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) 5 th Informe de evaluación.
La diversidad y la actividad genética de las comunidades de algas están determinadas por interacciones con organismos microscópicos unicelulares, o procariotas, como parte de microbiomas complejos.
Los investigadores encontraron que estas comunidades globales se pueden dividir en dos grupos principales:organismos que viven principalmente en aguas frías polares y cálidas no polares.
Los científicos toman muestras de las comunidades de fitoplancton bajo el hielo utilizando una "silla de momia". Las comunidades bajo el hielo son vitales para, por ejemplo, krill y otros organismos que se alimentan bajo el hielo. Crédito:Katrin Schmidt
Los patrones geográficos se explican mejor por las diferencias en la estructura física del agua (por ejemplo, agua fría estacionalmente mezclada versus agua cálida estratificada permanentemente) de la capa superior del océano causada por gradientes latitudinales de temperatura.
Los organismos fueron analizados mediante extracción de ácidos nucleicos y secuenciación de ADN y ARNm de muestras recolectadas durante cuatro cruceros de investigación en el Océano Ártico. Océano Atlántico Norte, Océano Atlántico Sur y Océano Austral.
El profesor Mock dijo:"Los esfuerzos internacionales significativos han proporcionado información sobre lo que impulsa la diversidad de estos organismos y su biogeografía global en el océano global, sin embargo, todavía existe un conocimiento limitado de las condiciones ambientales responsables de las diferencias entre las comunidades de especies locales a gran escala de un polo a otro.
"Nuestros resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre cómo las condiciones ambientales cambiantes se correlacionan con los cambios en la biodiversidad sujetos a alteraciones y fluctuaciones ambientales a gran escala. Este conocimiento es esencial para predecir las consecuencias del calentamiento global y, por lo tanto, puede orientar la gestión ambiental.
"Podemos esperar que los sistemas marinos del Reino Unido y otros países de esta latitud se vean gravemente afectados, y más repentinamente de lo que se pensaba.
“El mayor cambio en el ecosistema ocurrirá cuando las comunidades de microalgas marinas y sus bacterias asociadas en todo el Reino Unido sean reemplazadas por sus contrapartes de aguas cálidas.
"Se espera que esto sea causado por el límite del ecosistema cambiante hacia los polos o el 'punto de ruptura de la biodiversidad' que separa a ambas comunidades. Para que esto suceda, la temperatura media anual de la capa superior del océano debe ser superior a los 15 ° C.
Coloreando el agua, el alga Phaeocystis florece en el costado del recipiente de muestreo, Polarstern, en la región templada del Atlántico Norte. Crédito:Katrin Schmidt
"Sin embargo, no es irreversible, si podemos detener el calentamiento global, "añadió.
El coautor, el Dr. Richard Leggett del Earlham Institute, agregó:"Este estudio también muestra el importante papel que han desempeñado los avances en las tecnologías de secuenciación de ADN para comprender los ecosistemas oceánicos y, al hacerlo, ayudando a los investigadores a arrojar luz y lidiar con algunos de los mayores desafíos ambientales que enfrenta el planeta ".
El trabajo fue dirigido por dos ex Ph.D. estudiantes de las Escuelas de Ciencias Ambientales y Ciencias de la Computación de la UEA, Dra. Kara Martin (también basada en el Instituto Earlham) y Dra. Katrin Schmidt.
El Dr. Martin dijo:"Estos resultados sugieren que el límite ecológico más importante en la parte superior del océano separa los microbiomas de algas polares de los no polares en ambos hemisferios, lo que no solo altera la escala espacial de los microbiomas de algas, sino que también desplaza hacia los polos debido al calentamiento global.
"Predecimos que los 'puntos de ruptura' de la diversidad microbiana se moverán marcadamente hacia los polos debido al calentamiento, particularmente alrededor de las Islas Británicas, con cambios abruptos en los microbiomas de algas causados por el cambio climático inducido por el hombre.
"Ha sido una experiencia maravillosa y una oportunidad increíble para trabajar con un equipo magnífico. Juntos, analizamos un asombroso conjunto de datos que amplía la latitud de nuestra investigación microbiana del océano, permitiéndonos obtener información sobre nuestro océano cambiante de polo a polo ".
El Dr. Schmidt dijo:"Durante nuestros cruceros de investigación ya notamos comunidades de algas bastante diferentes de aguas cálidas a frías. Este hallazgo inicial fue respaldado por nuestros resultados que sugieren que el límite ecológico más importante en la parte superior del océano separa los microbiomas de algas polares de los no polares. en ambos hemisferios. Y lo que es más importante, este límite no solo altera la escala espacial de los microbiomas de algas, sino que también desplaza hacia los polos debido al calentamiento global ".
Un oso polar curioso cerca de Groenlandia echa un vistazo al rompehielos Polarstern. Osos polares, que se alimentan de focas, son parte de la red trófica del océano Ártico que amenaza el cambio climático. Crédito:Katrin Schmidt
Profesor Tim Lenton, de la Universidad de Exeter dijo:"A medida que el océano se calienta con el cambio climático este siglo, predecimos que el 'punto de ruptura' entre el frío y el comunidades de microalgas polares y cálidas, Las comunidades de microalgas no polares se moverán hacia el norte a través de los mares alrededor de las Islas Británicas.
"Como las microalgas son clave para la base de la cadena alimentaria, podemos esperar cambios importantes en el resto del ecosistema marino, con implicaciones para la pesca, así como la conservación marina.
"La 'bomba de carbono biológica' mediante la cual el océano absorbe dióxido de carbono de la atmósfera cambiará con este cambio en las comunidades de microalgas, lo que probablemente se volverá menos efectivo, lo que a su vez podría retroalimentar para amplificar el calentamiento global".
La secuenciación se realizó en el JGI como parte del proyecto del Programa de Ciencia Comunitaria Sea of Change:Comunidades de fitoplancton eucariotas en el Océano Ártico.
"La diferenciación biogeográfica de microbiomas de algas en la parte superior del océano de polo a polo" se publica en Comunicaciones de la naturaleza el 16 de septiembre 2021.
