Una caída ballena se produce cuando la carcasa de una ballena ha caído sobre el suelo marino a una profundidad mayor de 1000 m (3300 ft), en el batiales o zonas abisales . [1] En el fondo del mar, estos cadáveres pueden crear complejos ecosistemas localizados que proporcionan sustento a los organismos de las profundidades marinas durante décadas. [1] Esto es diferente en aguas menos profundas , donde los carroñeros consumirán el cadáver de una ballena durante un período de tiempo relativamente corto. Las caídas de ballenas se observaron por primera vez a fines de la década de 1970 con el desarrollo de la exploración robótica de aguas profundas . [2]Desde entonces, se han monitoreado varias caídas de ballenas naturales y experimentales [1] [3] mediante el uso de observaciones desde sumergibles y vehículos submarinos operados a distancia ( ROV ) para comprender los patrones de sucesión ecológica en el fondo marino profundo. [4]
Se cree que las cataratas de ballenas de aguas profundas son puntos calientes de radiación adaptativa para fauna especializada. [1] Los organismos que se han observado en los sitios de caída de ballenas de aguas profundas incluyen isópodos gigantes , langostas , poliquetos , langostinos , camarones , langostas , brujas , Osedax , cangrejos , pepinos de mar y tiburones durmientes . Se han descubierto nuevas especies, incluidas algunas potencialmente especializadas en caídas de ballenas. [1] Se ha postulado que las cataratas de ballenas generan biodiversidad al proporcionar trampolines evolutivos para que múltiples linajes se muevan y se adapten a nuevos hábitats que desafían el medio ambiente. [1] Los investigadores estiman que 690.000 cadáveres / esqueletos de las nueve especies de ballenas más grandes se encuentran en una de las cuatro etapas de sucesión en cualquier momento. [5] Esta estimación implica un espaciamiento promedio de 12 km (7,5 millas) y tan solo 5 km (3,1 millas) a lo largo de las rutas migratorias. Ellos plantean la hipótesis de que esta distancia es lo suficientemente corta como para permitir que las larvas se dispersen / migren de una a otra. [5]
Las caídas de ballenas pueden ocurrir en las profundidades del océano debido a las bajas temperaturas y las altas presiones hidrostáticas. En el océano costero, una mayor incidencia de depredadores y aguas más cálidas aceleran la descomposición de los cadáveres de ballenas. [1] Las canales también pueden flotar debido a los gases de descomposición, manteniendo la canal en la superficie. [6] Los cuerpos de la mayoría de las grandes ballenas (que incluyen cachalotes y muchas especies de ballenas barbadas [7] ) son ligeramente más densos que el agua de mar circundante, y solo se vuelven positivamente flotantes cuando los pulmones están llenos de aire. [8] Cuando los pulmones se desinflan, los cadáveres de ballenas pueden llegar al fondo marino rápidamente y relativamente intactos debido a la falta de carroñeros de ballenas en la columna de agua. [1] Una vez en las profundidades del mar, las bajas temperaturas reducen la velocidad de descomposición y las altas presiones hidrostáticas aumentan la solubilidad del gas, lo que permite que las ballenas caigan intactas y se hundan a profundidades aún mayores. [6]
Contribución a la bomba biológica
La cantidad de carbono atrapado en un cadáver típico de ballena (alrededor de dos toneladas de carbono para un cadáver típico de 40 toneladas) es aproximadamente equivalente a la cantidad de carbono exportado a una hectárea de fondo oceánico abisal en 100-200 años. [9] Esta cantidad de material orgánico que llega al fondo marino al mismo tiempo crea un pulso equivalente a unos 2000 años de flujo de carbono de fondo en los 50 metros cuadrados de sedimento inmediatamente debajo de la caída de la ballena. [9] Esto ayuda a mantener la estructura de la comunidad que se desarrolla alrededor de la caída de una ballena, pero también tiene implicaciones potenciales para la bomba biológica o el flujo de material orgánico desde la superficie del océano hasta la profundidad.
Las ballenas y algunos otros animales marinos grandes se alimentan y siguen a grandes agregaciones de zooplancton para su sustento. Basado en una estructura trófica simple, esto significaría que las ballenas y otros grandes comederos de zooplancton se pueden encontrar en mayor abundancia alrededor de áreas de alta producción primaria, lo que potencialmente los convierte en importantes exportadores de carbono a profundidad a través de las caídas de alimentos. [10] Los modelos de bombas biológicas indican que una gran cantidad de carbono absorbido por las profundidades marinas no proviene únicamente del carbono orgánico particulado (POC) y debe provenir de otra fuente. La advección lateral de carbono, especialmente en las zonas costeras, contribuye a este déficit en el modelo, pero las caídas de alimentos también son otra fuente de carbono orgánico para las profundidades del océano. [10] Se ha formulado la hipótesis de varios porcentajes de la contribución de la caída de alimentos al flujo total de carbono a las profundidades del océano, que oscilan entre el 0,3% [11] y el 4%. [10]
Existe una creciente evidencia de que la contribución de las caídas de alimentos al flujo de carbono del océano profundo es mayor de lo que se propuso originalmente, especialmente a escala local en áreas de alta productividad primaria. Desafortunadamente, las contribuciones de las caídas de alimentos a la bomba biológica son difíciles de medir y se basan en algunos estudios fortuitos sobre caídas descubiertas [12] [10] , así como en cadáveres plantados [13] con gran parte de los estudios de flujo de carbono en aguas profundas que se basan en sedimentos trampas. [14]
Descubrimiento
La primera indicación de que los cadáveres de ballenas podían albergar comunidades animales especializadas ocurrió en 1854 cuando se extrajo una nueva especie de mejillón de un trozo de grasa de ballena flotante . [5] En la década de 1960, los arrastreros de aguas profundas recuperaron involuntariamente otras nuevas especies de moluscos, incluidas lapas (llamadas Osteopelta ) adheridas a huesos de ballena. [5]
La primera caída registrada de ballenas abisales fue descubierta por los pilotos de batiscafo de la Marina de los EE. UU. LT Ken Hanson, el Jefe Maestro George Ellis y el LT Tom Vetter buceando en el batiscafo Trieste II (DSV-1) el 19 de febrero de 1977. [2] El esqueleto del cadáver, que estaba completamente desprovisto de tejido orgánico, permaneció intacto y colapsó sobre el fondo marino. El sumergible recuperó una mandíbula y falanges. Se consideró que la ballena era una ballena gris según el tamaño de los huesos y el esqueleto, la falta de dientes y su ubicación al oeste de Santa Catalina. [5]
El primer ecosistema de caída de ballenas, que incluía un conjunto quimioautótrofo que vive de la descomposición anaeróbica de material orgánico en huesos de ballena, fue descubierto por un equipo de científicos dirigido por el oceanógrafo Craig Smith de la Universidad de Hawai en 1987. [16] El DSV Alvin observó el permanece utilizando un sonar de barrido a 1.240 m (4.070 pies) en la Cuenca Catalina y recogió las primeras imágenes fotográficas y muestras de animales y microbios de esta notable comunidad. [5]
Desde entonces, más investigadores y exploradores de aguas profundas han encontrado muchas otras cataratas de ballenas, así como submarinos navales . El aumento en la detección se debe en gran parte al uso de un sonar de barrido lateral de última generación que puede examinar minuciosamente el fondo del océano en busca de grandes agregados de materia.
Ecología
Los saltos de ballenas se distribuyen de forma heterogénea a lo largo del espacio y el tiempo, con una concentración a lo largo de las rutas migratorias. [6] Hay mucha superposición de fauna en estas caídas de ballenas a través de los océanos. Los mejillones y las almejas vesicomídicas pertenecen a grupos que albergan bacterias quimiosintéticas , que pueden extraer energía de sustancias químicas inorgánicas , como el azufre. Antes de que se descubriera su presencia en las cataratas de ballenas, los únicos hábitats conocidos de estos grupos eran la madera hundida y los respiraderos hidrotermales . De manera similar, anteriormente solo se sabía que las almejas lucínidas habitan en filtraciones de carbono y sedimentos anóxicos del fondo marino . [5] Osedax, un género de gusanos poliquetos de aguas profundas, actúa como ingenieros del ecosistema al excretar ácido para erosionar los huesos de las ballenas y absorber los nutrientes atrapados en su interior. [1] Esto mejora la biodiversidad en las profundidades del mar al aumentar la difusión del agua en la matriz de los huesos y facilitar la colonización de la matriz ósea por especies más raras. [17] Osedax tiene efectos más dramáticos en los esqueletos juveniles, que no están tan bien calcificados como los esqueletos adultos. [18]
En los sitios de caída de ballenas es común ver entre tres y cinco niveles tróficos presentes, con dos fuentes nutricionales principales que constituyen la base de la red trófica. Los cadáveres de ballenas adultas pueden albergar hasta cinco niveles tróficos, mientras que los juveniles suelen tener tres. [18]
Estudios recientes también muestran una posible tendencia de "partición de nicho dual", en la que los carroñeros tienden a alcanzar densidades máximas en la canal durante el día y los depredadores están más presentes durante la noche, reduciendo la competencia entre los dos grupos tróficos. [4] También existe una posible tendencia en los patrones de mareas y la ocurrencia de especies, lo que indica que las mareas también juegan un papel en la partición de nichos. [4]
Existen ecosistemas similares cuando otros grandes volúmenes de material rico en nutrientes caen al fondo del mar. Los lechos hundidos de algas marinas crean caídas de algas, y los árboles grandes pueden hundirse para crear caídas de madera. En años más recientes, los naufragios también han proporcionado bases para comunidades de aguas profundas. En los ecosistemas formados después de un evento de caída de ballenas, hay cuatro etapas de sucesión ecológica. [1]
Etapas del ecosistema
Hay cuatro etapas de descomposición asociadas con la caída de una ballena. [1] Estas etapas varían en duración y se superponen entre sí con el tamaño de la canal, la profundidad del agua y otras variables ambientales, como el flujo de las mareas. [6] Las caídas de ballenas grandes e intactas parecen pasar por las cuatro etapas de descomposición, mientras que las etapas de los cadáveres más pequeños o parciales pueden estar truncadas. [19] Los cetáceos más pequeños, como las marsopas y los delfines, no pasan por las mismas etapas de sucesión ecológica debido a su pequeño tamaño y menor contenido de lípidos. [19] Los investigadores creen que la presencia de gusanos Osedax también puede ser un factor que contribuya a las diferencias sucesionales observadas. [20]
Nivel 1
El período inicial comienza con los "carroñeros móviles" como el pez bruja y los tiburones durmientes que consumen activamente los tejidos blandos del cadáver. El consumo puede ser de 40 a 60 kilogramos (88 a 132 libras) por día. [5] Esta etapa suele durar meses hasta 1,5 años. [4]
Etapa 2
La segunda etapa presenta a los "oportunistas del enriquecimiento". Se trata de animales que colonizan los huesos y sedimentos circundantes que han sido contaminados con materia orgánica de la canal y cualquier otro tejido dejado por los carroñeros. [5] Esta etapa puede durar meses hasta 4,5 años. [4]
Etapa 3
En la tercera etapa, las bacterias sulfófilas descomponen anaeróbicamente los lípidos incrustados en los huesos. En lugar de oxígeno , reducen el sulfato disuelto ( SO2−
4) y excretan sulfuro de hidrógeno . Debido a la toxicidad de H
2S , solo sobreviven las bacterias quimiosintéticas resistentes. Las esteras bacterianas proporcionan alimento a mejillones, almejas, lapas y caracoles de mar. Como los huesos de ballena son ricos en lípidos, que representan del 4 al 6% de su peso corporal, la etapa de digestión final puede durar entre 50 y posiblemente 100 años. [5]
Etapa 4
Algunos científicos postulan una cuarta etapa de sucesión ecológica en los sitios de caída de ballenas, llamada "etapa de arrecife". [1] La caída de una ballena entra en esta etapa una vez que los compuestos orgánicos se han agotado y solo quedan minerales en los huesos, que proporcionan un sustrato duro para los alimentadores de suspensión y filtración. [19]
Metanogénesis
Un proceso llamado metanogénesis también puede ocurrir alrededor de las caídas de ballenas. Las arqueas que producen metano pueden ser abundantes en el sedimento anóxico, pero por lo general no se encuentran en coexistencia con las bacterias reductoras de azufre que se encuentran en las cataratas de ballenas. Sin embargo, las caídas de ballenas apoyan tanto a las bacterias reductoras de azufre como a las arqueas productoras de metano, lo que lleva a la conclusión de que el área no está limitada por los donantes de electrones y / o hay una competencia mínima o nula por el sustrato adecuado. [21] Se pueden encontrar gradientes de concentración tanto de sulfuro como de metano alrededor de las cataratas de ballenas, con la concentración más alta dentro de un metro del cadáver, que es varios órdenes de magnitud más alta que las concentraciones de sedimento circundante. La metanogénesis parece ocurrir solo en sedimentos en oposición a la reducción de azufre, que ocurre tanto en sedimentos como en los huesos de la canal. [21] La adición de reducción de azufre tanto en sedimentos como en huesos de ballena con alto contenido de lípidos es un factor clave de por qué las cataratas de ballenas pueden sustentar comunidades de aguas profundas durante períodos prolongados. [21]
Paleontología
Los fósiles de la caída de ballenas del Eoceno tardío y del Oligoceno (34-23 MYA ) en Washington y del Plioceno en Italia incluyen almejas que también habitaban ambientes no quimiosintéticos. Los animales que solo contienen quimiosintéticos no aparecen hasta el Mioceno (23–5 MYA) en California y Japón. [22] Esto puede deberse a que el contenido de lípidos de los primeros huesos de ballena era demasiado bajo. [5] A medida que las ballenas prehistóricas evolucionaron para vivir en aguas pelágicas y sumergirse más profundamente, los cambios estructurales en su anatomía incluyeron un mayor tamaño, una menor densidad ósea y un mayor contenido de lípidos. [6] Es debido a este aumento del contenido de lípidos que condujo al establecimiento de comunidades quimiosintéticas en las profundidades del mar. [22]
El descubrimiento de la lapa Osteopelta en un hueso de tortuga del Eoceno de Nueva Zelanda indica que estos animales evolucionaron antes que las ballenas, incluyendo posiblemente reptiles del Mesozoico (251–66 MYA). [23] Es posible que hayan sobrevivido en filtraciones, caídas de madera y respiraderos mientras esperaban la brecha de 20 millones de años entre la extinción de los reptiles y la aparición de las ballenas. Otra posibilidad es que estos fósiles representen un camino evolutivo anterior, sin salida, y que los animales de la caída de ballenas de hoy evolucionaron de forma independiente. [5]
Efectos antropogénicos
Se ha sugerido que la industria ballenera ha tenido un efecto en la bomba biológica a través de la eliminación de muchas ballenas grandes, reduciendo la cantidad de ballenas caídas. No se comprenden bien los efectos de esto en las comunidades de las caídas de ballenas bentónicas . [24] Sin embargo, se sugiere que la remoción de grandes ballenas podría haber reducido la biomasa total de las profundidades marinas en más del 30%. [24] Las ballenas almacenaron cantidades masivas de carbono que se exportaron a las profundidades marinas durante los eventos de caída de ballenas. Por lo tanto, la caza de ballenas también ha reducido la capacidad de las profundidades marinas para secuestrar carbono. [24] El carbono se puede secuestrar durante cientos o miles de años en las profundidades del mar, lo que sustenta a las comunidades bentónicas. [24] Se estima que, en términos de secuestro de carbono, cada ballena equivale a miles de árboles. [25]
Contraste con otras grandes caídas de alimentos.
También se han realizado estudios basados en los cadáveres de otros vertebrados marinos no mamíferos que han caído a las profundidades marinas. En particular, el descubrimiento fortuito de un cadáver de tiburón ballena y tres cadáveres de rayas mobulid condujo a observaciones sobre las comunidades que se forman alrededor de las grandes cataratas de elasmobranquios en contraposición a las cataratas de ballenas. [26] Los tiburones ballena habitan en aguas de aproximadamente 1.000 metros de profundidad con regularidad, lo que sugiere que podría ser una forma regular de caída de alimento en áreas donde es abundante. [27] Se encontraron muchos eelpouts (Zoarcidae) rodeando al tiburón ballena con alguna evidencia de alimentación directa ya que se observaron perforaciones en el cadáver. Otra teoría sugiere que los eelpouts estaban esperando a su presa principal, anfípodos y otros pequeños animales bentónicos. Los tres rayos encontrados se encontraban en diferentes etapas de descomposición, lo que condujo a diversos ensamblajes encontrados alrededor de los individuos. [26] Se encontró una mayor abundancia de carroñeros alrededor de los individuos más intactos, incluidos carroñeros típicos de las cataratas de ballenas como el pez bruja. Alrededor del individuo menos intacto se observó una estera bacteriana en la zona de enriquecimiento, pero no se observaron almejas ni mejillones típicos de las caídas de ballenas. [26]
En general, las cuatro canales observadas no mostraron evidencia de progresión más allá de la etapa de carroñero. Las limitaciones de tamaño, así como las diferencias fisiológicas entre los grandes elasmobranquios y las ballenas, probablemente provoquen los cambios observados en las comunidades que rodean sus respectivos cadáveres. [26] Los gusanos Osedax tienen la capacidad de extraer colágeno de huesos y lípidos, lo que les permite sostenerse en huesos distintos de los restos ricos en lípidos de las ballenas. [28] Aunque no se encontró ningún Osedax en los restos de no mamíferos en este estudio, su ausencia puede deberse al momento de la observación, y el Osedax aún no había colonizado los cadáveres. [26] Varios estudios sobre cetáceos más pequeños y otras caídas de alimento de vertebrados marinos llegan a conclusiones similares de que estas caídas aportan una gran cantidad de material orgánico nuevo a la profundidad, pero sustentan principalmente a una comunidad de carroñeros, a diferencia del conjunto diverso visto en las caídas de ballenas. Esta conclusión puede extraerse con base en el conocimiento de que las ballenas grandes tienen un contenido de lípidos mucho más alto en su composición a granel y médula ósea, lo que apoya a las diversas comunidades presentes en sucesión en las cataratas de ballenas. [13] [10]
Ver también
- Comunidades de aguas profundas
- Nieve marina
- Detritívoro
- Cataratas de gelatina
- Ballenero
- Osedax
- Secuestro de carbón
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enlaces externos
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