En las profundidades del océano, la nieve marina es una lluvia continua de detritos principalmente orgánicos que caen de las capas superiores de la columna de agua . Es un medio importante de exportar energía desde la zona fótica rica en luz a la zona afótica de abajo, que se conoce como la bomba biológica . La producción de exportación es la cantidad de materia orgánica producida en el océano por la producción primaria que no se recicla ( remineraliza ) antes de que se hunda en la zona afótica.. Debido al papel de la producción de exportación en la bomba biológica del océano , generalmente se mide en unidades de carbono (por ejemplo, mg C m −2 d −1 ). El término fue acuñado por primera vez por el explorador William Beebe cuando lo observaba desde su batisfera . Dado que el origen de la nieve marina se encuentra en las actividades dentro de la zona fótica productiva, la prevalencia de la nieve marina cambia con las fluctuaciones estacionales en la actividad fotosintética y las corrientes oceánicas . La nieve marina puede ser una importante fuente de alimento para los organismos que viven en la zona afótica, en particular para los organismos que viven en las profundidades de la columna de agua.
Composición
La nieve marina está compuesta principalmente de una variedad de materia orgánica, incluidos animales muertos o moribundos y fitoplancton , protistas , materia fecal, arena y otro polvo inorgánico. La mayoría de las partículas atrapadas son más vulnerables a los herbívoros de lo que serían como individuos que flotan libremente. Los agregados pueden formarse mediante procesos abióticos (es decir, sustancias extrapoliméricas). [2] Estos son polímeros naturales exudados como productos de desecho principalmente por el fitoplancton y las bacterias . El moco secretado por el zooplancton (principalmente salpas , apendicularios y pterópodos ) también contribuye a los componentes de los agregados de nieve marina. [3] Estos agregados crecen con el tiempo y pueden alcanzar varios centímetros de diámetro, viajando durante semanas antes de llegar al fondo del océano.
La nieve marina a menudo se forma durante la floración de algas . A medida que el fitoplancton se acumula, se agrega o se captura en otros agregados, los cuales aceleran la tasa de hundimiento. En realidad, se cree que la agregación y el hundimiento son un gran componente de las fuentes de pérdida de algas del agua superficial. [4] La mayoría de los componentes orgánicos de la nieve marina son consumidos por microbios , zooplancton y otros animales que se alimentan por filtración dentro de los primeros 1000 metros de su viaje. De esta manera, la nieve marina puede considerarse la base de los ecosistemas mesopelágicos y bentónicos de aguas profundas : como la luz solar no puede alcanzarlos, los organismos de las profundidades marinas dependen en gran medida de la nieve marina como fuente de energía. El pequeño porcentaje de material que no se consume en aguas menos profundas se incorpora al "exudado" fangoso que cubre el fondo del océano, donde se descompone aún más a través de la actividad biológica.
Los agregados de nieve marina exhiben características que se ajustan a la "hipótesis de la rueda giratoria agregada" de Goldman. Esta hipótesis establece que el fitoplancton, los microorganismos y las bacterias viven adheridos a las superficies de los agregados y participan en el rápido reciclaje de nutrientes. Se ha demostrado que el fitoplancton puede absorber nutrientes de pequeñas concentraciones locales de material orgánico (por ejemplo, materia fecal de una célula de zooplancton individual, nutrientes regenerados a partir de la descomposición orgánica por bacterias). [5] A medida que los agregados se hunden lentamente hasta el fondo del océano, los numerosos microorganismos que residen en ellos respiran constantemente y contribuyen en gran medida al circuito microbiano .
Dinámica agregada
Los agregados comienzan como la fracción coloidal, que normalmente contiene partículas de un tamaño de entre un nanómetro y varios micrómetros . La fracción coloidal del océano contiene una gran cantidad de materia orgánica que no está disponible para los herbívoros. Esta fracción tiene una masa total mucho más alta que el fitoplancton o las bacterias, pero no está fácilmente disponible debido a las características de tamaño de las partículas en relación con los consumidores potenciales. La fracción coloidal debe agregarse para ser más biodisponible .
Efecto de lastre
Los agregados que se hunden más rápidamente en el fondo del océano tienen una mayor probabilidad de exportar carbono a las profundidades marinas. Cuanto mayor sea el tiempo de permanencia en la columna de agua, mayor será la posibilidad de ser rozado. Los agregados formados en áreas con alto contenido de polvo pueden aumentar sus densidades en comparación con los agregados formados sin polvo presente y estos agregados con mayor material litogénico también se han correlacionado con los flujos de carbono orgánico particulado. [6] Los agregados que pueden aumentar su efecto de lastre solo pueden hacerlo en la superficie del océano, ya que no se ha observado que los minerales se acumulen a medida que bajan por la columna de agua.
Fragmentación
- Una vez que las partículas se han agregado a varios micrómetros de diámetro, comienzan a acumular bacterias, ya que hay suficiente espacio para alimentarse y reproducirse. En este tamaño, es lo suficientemente grande como para hundirse. También tiene los componentes necesarios para ajustarse a la "hipótesis de la rueca agregada". Alldredge y Cohen (1987) encontraron evidencia de esto, quienes encontraron evidencia tanto de respiración como de fotosíntesis dentro de los agregados, lo que sugiere la presencia de organismos tanto autótrofos como heterótrofos. [7] Durante la migración vertical del zooplancton, la abundancia de agregados aumentó mientras que la distribución de tamaños disminuyó. Se encontraron agregados en el abdomen en el zooplancton, lo que indica que su pastoreo fragmentará los agregados más grandes. [8]
- Coagulación superficial
- Los agregados también pueden formarse a partir de coloides atrapados en la superficie de las burbujas ascendentes . Por ejemplo, Kepkay et al. encontraron que la coagulación de las burbujas conduce a un aumento en la respiración bacteriana ya que tienen más comida disponible para ellas. [9]
- Filtración
- Las partículas y los pequeños organismos que flotan en la columna de agua pueden quedar atrapados dentro de los agregados. Sin embargo, los agregados de nieve marina son porosos y algunas partículas pueden atravesarlos.
Microorganismos asociados a partículas
Los procariotas planctónicos se definen además en dos categorías, de vida libre o asociados a partículas. Los dos se separan por filtración. Las bacterias asociadas a partículas son a menudo difíciles de estudiar, debido a que los agregados de nieve marina a menudo tienen tamaños que oscilan entre 0,2 y 200 μm, los esfuerzos de muestreo suelen ser difíciles. Estos agregados son puntos críticos para la actividad microbiana. Las bacterias marinas son los organismos más abundantes en agregados seguidos de las cianobacterias y luego los nanoflagelados . [10] Los áridos pueden enriquecerse unas mil veces más que el agua de mar circundante. La variabilidad estacional también puede tener un efecto sobre las comunidades microbianas de agregados de nieve marina, siendo las concentraciones más altas durante el verano. [10]
Como se ilustra en el diagrama, el fitoplancton fija dióxido de carbono en la zona eufótica utilizando energía solar y produce carbono orgánico particulado . El carbono orgánico particulado formado en la zona eufótica es procesado por microorganismos marinos (microbios), el zooplancton y sus consumidores en agregados orgánicos (nieve marina), que luego se exporta a las zonas mesopelágica (200-1000 m de profundidad) y batipelágica por hundimiento y migración vertical por zooplancton y peces. [11] [12] [13]
El flujo de exportación se define como la sedimentación fuera de la capa superficial (a aproximadamente 100 m de profundidad) y el flujo de secuestro es la sedimentación fuera de la zona mesopelágica (a aproximadamente 1000 m de profundidad). Una parte del carbono orgánico particulado vuelve a respirar a CO 2 en la columna de agua oceánica en profundidad, principalmente por microbios heterótrofos y zooplancton, manteniendo así un gradiente vertical en la concentración de carbono inorgánico disuelto (DIC). Este DIC de las profundidades del océano regresa a la atmósfera en escalas de tiempo milenarias a través de la circulación termohalina . Entre el 1% y el 40% de la producción primaria se exporta fuera de la zona eufótica, la cual se atenúa exponencialmente hacia la base de la zona mesopelágica y solo alrededor del 1% de la producción superficial llega al fondo marino. [11] [12] [13]
El componente más grande de la biomasa son los protistas marinos (microorganismos eucariotas). Se encontró que los agregados de nieve marina recolectados de la zona batipelágica consistían principalmente en hongos y laberintulomicetos . Los agregados más pequeños no albergan tantos organismos eucariotas, lo que es similar a lo que se encuentra en las profundidades del océano. Los agregados batipelágicos se parecían principalmente a los que se encuentran en la superficie del océano. [14] Implica mayores tasas de remineralización en la zona batipelágica.
Numéricamente, el componente más grande de la nieve marina son los procariotas que colonizan los agregados. Las bacterias son en gran parte responsables de la remineralización y fragmentación de los agregados. La remineralización ocurre típicamente por debajo de los 200 m de profundidad. [15]
Las comunidades microbianas que se forman en los agregados varían de las comunidades en la columna de agua. La concentración de microbios adheridos suele ser órdenes de magnitud mayor que la de los microbios de vida libre. [16] Los cultivos bacterianos aislados tienen hasta 20 veces más actividad enzimática dentro de las 2 horas posteriores a la unión del agregado. [10] El océano oscuro alberga alrededor del 65% de todas las bacterias pelágicas y arqueas (Whitman et al., 1998).
Anteriormente se pensaba que debido a la fragmentación, las comunidades bacterianas cambiarían a medida que viajaban por la columna de agua. Como se vio en los experimentos, ahora parece que las comunidades que se forman durante la agregación permanecen asociadas con el agregado y cualquier cambio en la comunidad se debe al pastoreo o la fragmentación más que a la formación de nuevas colonias bacterianas. [17]
Ciclismo de carbono
El océano profundo alberga más del 98% de la reserva de carbono inorgánico disuelto. [18] Junto con una velocidad de sedimentación rápida que da como resultado un bajo consumo de partículas de carbono orgánico. Aún no se ha resuelto qué efecto tienen los microbios en el ciclo global del carbono. Los estudios muestran que los microbios en las profundidades del océano no están inactivos, sino que son metabólicamente activos y deben participar en el ciclo de nutrientes no solo por los heterótrofos sino también por los autótrofos. Existe un desajuste entre la demanda de carbono microbiano en las profundidades del océano y la exportación de carbono desde la superficie del océano. [18] La fijación de carbono inorgánico disuelto tiene órdenes de magnitud similares a las de los microbios heterótrofos en la superficie del océano. Los datos basados en modelos revelan que la fijación de carbono inorgánico disuelto varía entre 1 mmol C m −2 d −1 y 2,5 mmol C m −2 d −1 . [18]
Microambientes
Los agregados grandes pueden volverse anóxicos y dar lugar a metabolismos anaeróbicos. Normalmente, los metabolismos anaeróbicos se limitan a áreas donde es más favorable energéticamente. Dada la abundancia de bacterias desnitrificantes y reductoras de sulfato, se cree que estos metabolismos pueden prosperar dentro de los agregados de nieve marina. En un modelo desarrollado por Bianchi et al., Muestra los diversos potenciales redox dentro de un agregado. [19]
Trascendencia
Debido al tiempo de residencia relativamente largo de la circulación termohalina del océano , el carbono transportado como nieve marina a las profundidades del océano por la bomba biológica puede permanecer fuera de contacto con la atmósfera durante más de 1000 años. Es decir, cuando la nieve marina finalmente se descompone en nutrientes inorgánicos y dióxido de carbono disuelto , estos se aíslan efectivamente de la superficie del océano durante escalas de tiempo relativamente largas relacionadas con la circulación oceánica . En consecuencia, aumentar la cantidad de nieve marina que llega a las profundidades del océano es la base de varios esquemas de geoingeniería para mejorar el secuestro de carbono por el océano. La nutrición de los océanos y la fertilización con hierro buscan impulsar la producción de material orgánico en la superficie del océano, con un aumento concomitante de la nieve marina que llega a las profundidades del océano. [20] Estos esfuerzos aún no han producido una fertilización sostenible que transporte efectivamente el carbono fuera del sistema.
El aumento de la temperatura del océano, un indicador proyectado del cambio climático , puede resultar en una disminución en la producción de nieve marina debido a la mayor estratificación de la columna de agua. El aumento de la estratificación disminuye la disponibilidad de nutrientes del fitoplancton como nitrato , fosfato y ácido silícico , y podría conducir a una disminución de la producción primaria y, por tanto, de la nieve marina.
Las comunidades microbianas asociadas con la nieve marina también son interesantes para los microbiólogos . Investigaciones recientes indican que las bacterias transportadas pueden intercambiar genes con poblaciones aisladas de bacterias que habitan en todo el fondo del océano. En un área tan inmensa, puede haber especies aún no descubiertas tolerantes a las altas presiones y al frío extremo, que quizás encuentren uso en bioingeniería y farmacia .
Ver también
- Bomba biológica
- Detritívoro
- Agregación limitada por difusión
- relación f
- Materia orgánica particulada
- Mocos de mar
- Trampa de sedimentos
- Caída de ballenas
- Calamar vampiro
Referencias
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Otras lecturas
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enlaces externos
- SpaceRef.com, las bacterias de las profundidades marinas obtienen nuevos genes de la nieve marina
- Georgia, nieve marina y partículas
- U. Bangor, Marine Snow: formación y composición
- NIWA, Lo que crece debe caer: el impacto potencial del cambio climático en la exportación de plancton y carbono
- Producción primaria y exportación vertical