Nuevo modelo arroja luz sobre el ciclo día/noche en el océano global

El fitoplancton es la base de toda la vida en el planeta. Comprender cómo reaccionan estos organismos fotosintéticos a su entorno oceánico es importante para comprender el resto de la red alimentaria.

A pesar de eso, los modelos informáticos de la biogeoquímica oceánica global normalmente no incluyen el ciclo de luz día/noche (diel), aunque ese ciclo es crítico para la fotosíntesis en los productores primarios del océano.

Por primera vez, científicos del Centro de Ecosistemas del Laboratorio de Biología Marina (MBL) han incorporado el ciclo diel en un modelo oceánico global para investigar sus efectos sobre el fitoplancton. Su estudio, publicado en Ecología Global y Biogeografíaes el primero en investigar cómo el ciclo día/noche afecta la biogeografía y diversidad de estos productores primarios.

El modelo ofreció ciclos de luz natural y oscuridad sobre el océano global a 15 tipos de fitoplancton simulados. Luego se comparó con una simulación de control utilizando el mismo modelo de plancton, pero iluminado con luz promediada durante períodos de 24 horas. El objetivo era ver cómo los ciclos de luz diaria afectaban la productividad del fitoplancton y cambiaban la dinámica de concentración de nutrientes.

El fitoplancton simulado tenía diferentes tamaños de celdas y se separó en dos grupos diferentes con dos estrategias ecológicas amplias. Los «recolectores» simularon células más pequeñas con alta afinidad por los nutrientes (lo que significa que podían capturar nutrientes de la columna de agua incluso si esos nutrientes estaban en cantidades bajas) pero de crecimiento lento, y los «oportunistas» simularon células más grandes con una tasa máxima de crecimiento más alta pero baja afinidad por los nutrientes. (lo que significa que les fue mejor en agua rica en nutrientes). Estas eran representaciones de fitoplancton real basadas en parámetros de cultivos de laboratorio.

Los investigadores encontraron que el ciclo de Diel sí importaba al fitoplancton simulado.

«Sabemos que muchos rasgos de diferentes fitoplancton se basan en el ciclo día/noche. Algunos dinoflagelletes van más profundo [in the water column] para obtener más nutrientes y luego subir a la fotosíntesis. Algunos almacenan carbono durante el día, para poder usarlo por la noche», dice Ioannis Tsakalakis, investigador postdoctoral de MBL y primer autor del artículo.

El modelo mostró que los ciclos diarios están asociados con concentraciones más altas de nutrientes limitados, lo que significa que en latitudes más bajas (−40° a 40°), los oportunistas simulados fueron más abundantes que los recolectores en comparación con la simulación de control. Esto incluye fitoplancton como diatomeas. Este mecanismo se volvió menos importante en latitudes más altas, donde los efectos del ciclo de luz estacional eran más fuertes que los ciclos de día y noche.

Si los científicos no entienden cómo el fitoplancton obtiene su energía como productores primarios en la base de la red alimentaria, es difícil hacer inferencias sobre las interacciones del resto de esa red alimentaria oceánica global, hasta los humanos.

Entonces, ¿por qué nadie ha incluido el ciclo de diel antes?

El océano global es enorme, al igual que los modelos que lo representan. Para lidiar con las complejidades de lo que sucede en el océano, los modeladores a menudo simplifican ciertos procesos. Los modelos típicos incorporan solo cambios de luz estacionales en lugar de agregar los detalles más detallados del ciclo día/noche. Esta es principalmente una decisión computacional, dice el científico principal de MBL Joe Vallino, autor principal del artículo. «Si no está resolviendo los detalles de tiempo fino, en general, [the models] corre más rápido.»

«Estás empujando contra las limitaciones del hardware», dice Vallino. «No querrás que una simulación de 10 años tarde 10 años en simularse».

Pero a medida que avanza el cambio climático, comprender cómo funciona el océano es vital para comprender cómo lo afectan el calentamiento global y el elevado nivel de dióxido de carbono.

«Este modelo contribuye a avanzar en nuestra comprensión fundamental de cómo funciona el océano», dice Vallino, y agrega que a medida que los científicos crean mejores modelos oceánicos, eventualmente pueden usarlos para investigar posibles soluciones al cambio climático y minimizar las consecuencias no deseadas.

«Ser capaz de predecir cómo cambiará la distribución del fitoplancton va a tener repercusiones más arriba en la red alimentaria», dice Vallino. «Si no puede obtener ese cambio base correcto, no puede obtener nada que esté conectado con eso arriba».