ZCO: Mareas rojas

Mareas rojas: la rebelión del plancton

*Una versión editada de este artículo fue publicada originalmente en la revista Inmersión, nº49, enero/2004, pp. 50- 56*

El océano es, sin lugar a dudas, el más diverso de todos los ecosistemas de nuestro planeta. Esto no debiera sorprendernos, dado su enorme volumen y la gran extensión de la superficie terrestre que cubren los océanos . El manto protector de las aguas marinas ofrecen el cobijo y los nutrientes necesarios para el delicado equilibrio de este singular laboratorio biológico. Y aunque no hay un acuerdo unánime entre los científicos acerca de en qué ambiente concreto se produjeron las primeras formas de vida – hay quienes apuntan a las fumarolas de las cordilleras medioceánicas, mientras que otras corrientes de pensamiento sugieren ambientes tipo lagoon, similares a los que existen hoy día en la Gran Barrera Australiana-, en lo que todos parecen estar de acuerdo es que la vida en la Tierra se originó en algún lugar de los océanos.
Por ello, no es de extrañar que todos los que nos hemos sumergido alguna vez bajo la aguas de cualquiera de nuestros mares nos hayamos sentido sobrecogidos por la increíble variedad de las formas de vida que las habitan. Y es esta fascinación la que nos continúa guiando una y otra vez hacia los fondos marinos. Sin embargo, cuantas más inmersiones acumulamos en nuestros cuadernos de buceo, más son las dudas que se nos acumulan en nuestra mente acerca del fascinante equilibrio ecológico de los océanos. ¿Cómo es posible toda esta variedad de formas de vida? ¿Cuáles son los mecanismos que permiten sostener a lo largo del tiempo un sistema tan complejo en equilibrio? ¿Cuáles son las fuentes de alimento para todos estos organismos? E incluso otras aparentemente más prosaicas ¿Porqué los lugares de buceo cercanos a la costa suelen tener una menor visibilidad que los de mar abierto? O, ¿por qué hay costas y épocas del año en las que las inmersiones presentan consistentemente una menor visibilidad?… Muchas preguntas interesantes que, lamentablemente no suelen tener una respuesta inmediata en aquello que podemos observar en nuestras inmersiones a través de la máscara de buceo, o ¿tal vez sí?

El océano en una gota de agua
No, lamentablemente, las verdaderas respuestas a todas estas preguntas no son simples, pero en nuestras inmersiones podemos llegar a vislumbrar algunas pistas muy reveladoras. Les propongo un experimento muy sencillo –que seguramente más de uno habrá realizado ya-. La próxima vez que lleven a cabo una inmersión nocturna, sepárense del fondo y encaren el negro absoluto del océano y agiten las manos. Con un poco de suerte, quizá vean diminutos destellos verdeazulados, esa es una primer pista. La segunda requerirá el uso de la linterna. Tras la primera observación del negro absoluto del océano nocturno, enciendan de nuevo su linterna y pongan el haz de luz vertical frente a la máscara de buceo, a uno o dos palmos de distancia y observen atentamente. Frente a sus ojos aparecerán centenares de formas de vida diminutas, danzando ingrávidas frente al foco de la linterna. Ésta es la segunda y definitiva pista para algunas de nuestras preguntas. El resto deberemos encontrarlo en los libros o en el laboratorio.
Efectivamente, la base de todo el ecosistema marino la forman esos diminutos organismos que apenas si hemos sido capaces de ver en nuestras dos observaciones nocturnas: el microplancton).

Pero, ¿qué es el plancton?
De una forma sencilla podemos decir que el plancton está formado por todos aquellos organismos que viven suspendidos en la columna de agua, y que por la debilidad de sus medios de desplazamiento se dejan arrastrar pasivamente por los movimientos de las corrientes. Como vemos , en esta primera definición no se hace ninguna referencia al tipo de estrategia alimenticia de estos organismos, y tampoco a su tamaño. Así pues, continuemos profundizando algo más en este nuevo territorio.
En función de las diversas modalidades de nutrición que presentan los organismos que forman el plancton, se distinguen grosso modo dos grandes categorías: el fitoplancton o plancton vegetal, y el zooplancton o plancton “animal”. El primero está constituido por organismos capaces de sintetizar sus propias sustancias orgánicas por medio de la fotosíntesis a partir del agua, dióxido de carbono, algunos nutrientes minerales y energía solar – es decir, son plantas compuestas por una o por varias células.-. El zooplancton, por el contrario, está constituido por organismos heterótrofos, es decir, aquellos que no pudiendo sintetizar sus propias sustancias orgánicas, la obtienen del medio exterior por ingestión de partículas orgánicas vivas o muertas. Este segundo grupo lo componen tanto animales como organismos procariotas –unicelulares con núcleo diferenciado-.
Desde el punto de vista del tamaño de los organismos, el plancton puede dividirse en macroplacton, o plancton “visible”, como es el caso de una gran parte de las medusas, algunos crustáceos como el conocido krill (Euphausia superba) y toda una serie de diversos organismos; y microplancton, es decir, organismos microscópicos como ostrácodos, anfípodos, copépodos, foraminíferos, o alevines, larvas y huevas de peces y crustáceos.
Ahora que ya sabemos algo más del plancton, la siguiente cuestión que se nos plantea es: ¿Cuál es la importancia de este grupo heterogéneo de organismos que viven suspendidos en la columna de agua de los océanos?

El pez grande come al chico
Así reza más o menos el dicho popular, que no deja de ser un claro reflejo de la encarnizada batalla que tiene lugar en cualquiera de los ecosistemas de nuestro planeta. Y en esa desenfrenada carrera de la supervivencia que da lugar a las complejas redes tróficas de los océanos, el microplancton, y más concretamente el fitoplancton, forma la base alimenticia de absolutamente todos los demás organismos que pueblan los océanos.
Hoy día, los ecólogos –científicos que estudian los ecosistemas y las relaciones entre los organismos que los conforman- prefieren hablar de redes y no de cadenas o pirámides tróficas, términos con los que los no especialistas solemos estar algo más familiarizados. Esto es debido al carácter complejo y no lineal de las relaciones alimenticias entre los distintos organismos de un ecosistema. Así, según el esquema clásico de la cadena o de la pirámide trófica un depredador de un nivel superior no debería poder ser cazado por un organismos de un nivel inferior, y esto en la realidad no es así. Pondremos un par de ejemplos: gracias a su inteligencia y tecnología, el ser humano ha desarrollado su nicho ecológico en la cúspide absoluta de las pirámides tróficas de cualquier ecosistema, pero sabemos que eso no evita que alguno de nosotros a su vez pueda ser de cuando en cuando la presa de algún depredador tanto marino como terrestre. Por otra parte, y ya ciñéndonos a los ecosistemas marinos “naturales”, peces que son depredados por otros peces u organismos durante su estadio larvario, pueden ser depredadores de sus verdugos cuando alcanzan el estado adulto. Como vemos, las relaciones entre organismos, son todo salvo sencillas.
Sin embargo, anteriormente hemos visto que de entre todo el plancton marino solamente existen unos organismos capaces de sintetizar su propio alimento a partir de productos inorgánicos, aprovechando en este proceso esa fuente de energía inagotable que es el sol: el fitoplancton. Los organismos que componen el fitoplancton constituyen la base indispensable del ecosistema marino. Todos los demás organismos, directa o indirectamente se nutren de la materia orgánica sintetizada por estos diminutos seres.

Tan pequeños, tan importantes
El fitoplancton es responsable de muchos y muy importantes procesos que hacen que la Tierra sea como es. Así, el nivel de oxígeno de la atmósfera –ese famoso 20,9% que todos los buceadores conocemos tan bien- es debido en gran medida a la actividad fotosintética del fitoplancton marino, así como de los grandes bosques de algas como los de sargazos. Otro tanto se puede decir del relativamente bajo nivel de dióxido de carbono (CO₂) atmosférico. Puesto que durante la fotosíntesis el fitoplancton extrae CO₂ del agua marina para sintetizar materia orgánica, crea un déficit de este gas disuelto en la masa de agua oceánica, por lo que, debido a la vieja conocida ley de Henry, la atmósfera cede parte de su CO₂ al océano hasta devolver el equilibrio al sistema, con lo que el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera, permanece controlado. Estos dos procesos de liberación de oxígeno y de absorción de dióxido de carbono quedan expresados en esta sencilla pero importante reacción química, que es la base bioquímica de la transferencia de energía de los organismos vivos:

6CO₂ + 6H₂O + Energía<---> C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Leída de izquierda a derecha tenemos la reacción básica de la fotosíntesis, de forma que a partir de dióxido de carbono, agua y energía solar, se obtienen compuestos orgánicos (representados de forma sintética por la glucosa, C₆H₁₂O₆, en la reacción) y el oxígeno molecular que enriquece la atmósfera. De derecha a izquierda tenemos la reacción catabólica básica -esto es, la respiración-, en la que los azucares son quemados con oxígeno para obtener energía, y residuos en forma de agua y dióxido de carbono.
Toda esa materia orgánica sintetizada por el fitoplancton es, según hemos dicho, la base de la alimentación del resto de los organismos de la red trófica de los océanos. De hecho, la voracidad del resto de los organismos que se alimentan de fitoplancton es tal, que la masa del fitoplancton de todo el océano –lo que se conoce en ecología como su biomasa- en un instante determinado es menor que la biomasa de los organismos que se alimentan de él.
Esta observación parece no tener, en principio, mucho sentido, vista desde la óptica de la famosa “pirámide trófica”, donde la base –o lo que es lo mismo, la masa de organismos que sustentan los de niveles superiores- ha de ser necesariamente mayor que sus depredadores para poder soportar el nivel de depredación causado por estos últimos.
La pregunta que inevitablemente nos viene a la mente es, ¿cómo es posible que una depredación tan intensa no acabe de una vez por todas con el fitoplancton? Evidentemente, está claro que esto no es así, al menos en los ecosistemas marinos en los que el ser humano no ha intervenido excesivamente. Las consecuencias del agotamiento del fitoplancton marino serían catastróficas para el planeta en su conjunto: disminución del oxígeno atmosférico; incremento del dióxido de carbono, y por tanto del temido efecto invernadero; modificaciones drásticas del clima global; y falta de base alimenticia para el resto de los organismos, por lo que se produciría el colapso de los ecosistemas oceánicos, y seguramente también de los terrestres.
Sin embargo, esto no sucede a pesar de los datos aparentemente contradictorios que hemos expuesto anteriormente. El motivo es simple: la alta tasa de reproducción del fitoplancton hace que, aunque la población de base de estos organismos fotosintéticos sea inferior a la de sus depredadores –todos los demás organismos marinos-, ésta no acabe siendo consumido por estos.
De hecho, muchas veces el problema es el contrario, el exceso de fitoplancton puede aniquilar o diezmar la vida marina en una zona determinada. Pero antes de abordar esta cuestión hay otra pregunta importante que debemos contestar.

¿Dónde crece el fitoplancton?
Resulta obvio que el fitoplancton se desarrollará en aquellas zonas en las que encuentre todo aquello que necesita para crecer y reproducirse. Por una parte, sabemos que la energía solar es el motor indispensable de todas las reacciones que tienen lugar durante la fotosíntesis, por ello, el hábitat del fitoplancton está confinado en las capas más superficiales del océano, allí donde el nivel de radiación solar es el adecuado –la denominada zona fótica-. La profundidad máxima de este hábitat estará en función, por tanto, de la latitud y de la estación del año, siendo máxima en los trópicos y mínima en las zonas polares. En las latitudes medias, en el hemisferio boreal, la máxima profundidad de la zona fótica y por tanto la máxima producción de fitoplancton –lo que los ecólogos denominan productividad- se alcanza en primavera, cuando la superficie terrestre se aproxima más a la perpendicularidad con respecto a la radiación solar. Esto se observa muy bien en las dos imágenes de satélite del Atlántico Norte tomadas en invierno y en primavera (en tonos rojos y amarillos se destacan las máximas concentraciones de clorofila en la superficie del océano, o lo que es lo mismo de fitoplancton).

La necesidad de oxígeno y de dióxido de carbono, también se satisface de manera óptima en las capas más superficiales del océano, donde el intercambio gaseoso entre la atmósfera y los mares –hidrosfera- es más intensa. Sin embargo, si observamos las distribuciones de clorofila en el mapa global, vemos que las máximas concentraciones de fitoplancton se producen en áreas muy concretas de los océanos, y no de una forma uniforme, como en principio cabría suponer. ¿A qué se debe este patrón aparentemente caprichoso?

Nitratos, fosfatos y hierro
Estos tres productos son los responsables de esa distribución aparentemente caprichosa del fitoplancton. Veamos por qué. El hierro es un elemento fundamental para la síntesis de la clorofila, necesaria a su vez para la fotosíntesis. Por ello, el fitoplancton tenderá a desarrollarse en aquellas zonas del mar donde abunde el hierro. El hierro, en forma de óxidos, proviene fundamentalmente del polvo arrastrado por el viento desde los continentes, por lo que su concentración será mayor en lugares cercanos a la costa. Miremos de nuevo el mapa, y veremos como ahora las manchas rojas y amarillas que indican altos niveles de clorofila empiezan a tener mayor sentido. Ese es el motivo por el que en los vastos espacios oceánicos, el color es violeta, lo que indica que la cantidad de fitoplancton es mínima. De hecho, esas amplísimas zonas son auténticos desiertos, y la vida en ellos es en general muy escasa. El hierro, o mejor dicho, la ausencia de hierro explica por qué en el océano antártico hay mucha menos productividad de fitoplancton, comparado con el océano ártico. No olvidemos que la Antártida se encuentra cubierta por un espeso manto de hielo, por lo que el hierro se encuentra enterrado e inaccesible.
Y ahora viene el segundo problema. ¿Por qué la distribución de fitoplancton, no es homogénea cerca de las costas. La explicación tiene que ver con los otros dos elementos, el nitrógeno y el fósforo, y dos procesos diferentes que veremos a continuación.
Los agricultores y los aficionados a la jardinería saben lo importantes que son los fosfatos y los nitratos para el desarrollo óptimo de las plantas. De ahí que un abonado adecuado sea crucial para obtener una buena cosecha. Los nitratos y fosfatos provienen fundamentalmente de la descomposición de la material orgánica, y ésta se produce fundamentalmente en dos lugares: los fondos abisales de los océanos y, de nuevo, los continentes. Veamos un poco más de cerca esos fondos oceánicos profundos. Cuando un organismo muere tiende a caer hasta el fondo. En su caída puede ser devorado completamente o en parte por otros animales, pero siempre hay una importante porción de restos que termina acumulándose en el fondo. Allí los organismos carroñeros dan buena cuenta de estos restos degradándolos completamente. Así que, ahí abajo está una de las fuentes de nitrógeno y de fósforo. El problema que se presenta a continuación es cómo trasladar esos nutrientes hasta las zonas superficiales donde, gracias a la radiación solar, pueden ser utilizados por el fitoplancton.
La otra fuente de nitrógeno y de fosfato es el continente, así que en los lugares donde los sedimentos continentales entren en contacto con el agua oceánica, es decir, en la desembocaduras de los ríos, allí donde la turbidez de las aguas no sea excesiva y permita una adecuada insolación, se producirá un gran crecimiento de fitoplancton, tal y como se aprecia en la fotografía de satélite de una porción de la costa de Afríca occidental , donde en color verde cerca de la desembocadura de los ríos se aprecia el crecimiento de fitoplancton.

Zonas de afloramiento: Coriolis y Ekman
Tenemos que resolver todavía el enigma de los nutrientes del fondo oceánico. ¿Cómo son transportados hasta la superficie? Para comprender el mecanismo de transporte debemos refrescar dos conceptos importantes en nuestra memoria. El primero es la fuerza de Coriolis -Gaspard-Gustave Coriolis (1792-1843) fue el matemático francés que la describió formalmente-. Esta fuerza, producida por la rotación del planeta hace que los fluidos tengan un desplazamiento inercial sobre la superficie terrestre. Así, en el hemisferio norte el desplazamiento es hacia la derecha, mientras que en el hemisferio sur es hacia la izquierda. Ese es el motivo por el cual, las grandes corrientes oceánicas superficiales en el hemisferio norte giran en el sentido de las agujas del reloj, al contrario que las corrientes del hemsiferio austral lo hacen en sentido contrario.
El segundo concepto importante es el modelo de la espiral de Ekman –denominada así en honor de Vagn Walfrid Ekman (1874-1954), el geofísico sueco que desarrolló este modelo, para explicar por qué los icebergs se desplazaban con un rumbo de 40^o respecto al viento dominante, de acuerdo a las mediciones que el explorador noruego Fridtjof Nansen había realizado en sus expediciones árticas-. Veamos pues el contenido de este modelo.
Cuando el viento sopla en la superficie del océano, la energía de éste se transmite por rozamiento a la capa superficial de agua, pero por el efecto de Coriolis la corriente resultante estará desplazada unos 40^o hacia la derecha con respecto la dirección del viento. La capa de agua superficial transmite a su vez parte de la energía a la capa inmediatamente inferior, que también girará hacia la derecha respecto a la corriente superficial. Este efecto se propaga en profundidad, y el resultado de todas estas láminas de agua en movimiento es un desplazamiento neto del agua de unos 90^o a la derecha respecto de la dirección original del viento que generó esta corriente.

Así pues, cuando el viento sopla paralelo a la costa y ésta queda a la izquierda, en el caso del hemisferio norte (a la derecha en el hemisferio sur), el desplazamiento del agua superficial por la corriente inducida por el viento es mar adentro. Esto hace que el agua superficial cercana a la costa desplazada mar adentro deba ser sustituida por agua profunda que asciende para ocupar el lugar de ésta, creándose una célula convectiva -de movimiento circular- vertical. El resultado es un manantial de agua profunda , rica en nutrientes, en especial los codiciados nitratos y fosfatos, procedentes del fondo del océano, que llegan hasta la superficie donde pueden, por fin, ser consumidos por el fitoplancto. En las fotografias de satélite de la costa de Cabo Verde de la costa desértica Africana del Atlántico central vemos como el fitoplancton ha teñido de verde las zonas cercanas a la costa donde se ha producido el afloramiento de aguas profundas como consecuencia del viento paralelo a la costa.

Con todos estos datos en la mente, volvamos a echar un vistazo al mapa global de distribución de la clorofila en los océanos. Veremos ahora como en aquellas zonas donde las corrientes inducidas por el viento son oblicuas a la costa se producen afloramientos de nutrientes y florecimiento de fitoplancton.

El peligro del exceso
Volvamos pues a aquel problema que habíamos dejado pendiente algunos párrafos atrás. Hasta ahora, hemos visto como el fitoplancton tiene la necesidad de reproducirse masivamente, ya que está sometido a una gran presión por parte de los organismos depredadores. Por ello, su estrategia de supervivencia será la de aprovechar al máximo todos los recursos disponibles, y para ello se desplazará a aquellas zonas donde tenga todos los nutrientes necesarios, y allí se reproducirá hasta prácticamente agotar dichos recursos. En el caso de los afloramientos marinos o de los nutrientes de origen continental, su cantidad es limitada y sujeta a ciclos estacionales. Pero hay momentos en los que la cantidad de nutrientes en el agua es tal –bien debido a la acción del hombre, con vertidos incontrolados de fertilizantes que son lavados hasta el mar, o bien por procesos naturales como “El Niño”- que el fitoplancton prolifera de tal manera que llega a consumir la práctica totalidad del oxígeno de las aguas, asfixiando a los demás habitantes de esa zona del océano. Estos brotes son denominados Florecimientos Algales Nocivos (FAN), aunque popularmente son conocidos como mareas rojas.
Se llaman mareas rojas porque algunos tipos de fitoplancton –dinoflagelados como la Gymnodinium breve- al proliferar en masa tiñen las aguas de un característico color rojo, pero existen mareas rojas que producen otros colores como verde, pardo, amarillo, anaranjado, etc. De hecho, la gran mayoría no produce cambio de color de las aguas. En algunos caso, estos florecimientos algales masivos, no solo asfixian a los demás habitantes de la zona, sino que además las algas, para protegerse, producen unas toxinas que envenenan sus depredadores y en algunos casos al viajar por la red trófica pueden acabar envenenando a los seres humanos. Pero lo cierto es que sólo un bajo porcentaje del fitoplancton produce toxinas nocivas para el ser humano – algo menos del 10%-.
Veamos los efectos tóxicos de algunas de estas algas. El dinoflagelado Alexandrium catenella, es productor de la Veneno Paralizante de los Mariscos (VPM). En este caso, las toxinas se unen a los receptores neuronales -canales de sodio-, impidiendo o bloqueando el impulso nervioso. Esto provoca en el ser humano una parálisis progresiva en todo el cuerpo que termina con un paro cardio-respiratorio, pudiendo provocar la muerte de la persona si el paciente no es trasladado a un centro médico.
Otro dinoflagelado, Dinophysis acuta, es el productor del Veneno Diarreico de los Mariscos (VDM), compuesto así mismo por varios tipos de toxinas, de las cuales el ácido okadaico –un ácido graso-, es el más potente. Esta toxina provoca una inhibición de proteínas fosfatasas que están en las célula del epitelio intestinal, lo que genera la salida de agua hacia el exterior. Esto origina finalmente una diarrea.
La diatomea Pseudonitzchia sp., es la productora del Veneno Amnésico de los Mariscos (VAM), el ácido domoico –un aminoácido-. Se trata de un compuesto neuroexcitante -o excitotoxina- que interfieren con mecanismos de neurotransmisión, provocando daños en las células neuronales e incluso la muerte celular. En el hombre este daño está asociado con la pérdida de la memoria de corto plazo y en algunos casos con la muerte de la persona.
Todas estas toxinas son metabolitos que están presentes en el interior de las microalgas y no son eliminadas al exterior. Estas microalgas son concentradas en los moluscos bivalvos (de dos conchas) como los mejillones, almejas u ostras. Al filtrar los moluscos el agua para obtener sus alimentos, el fitoplancton queda alojado en el intestino de estos mariscos. El ser humano, al consumir el marisco, está ingiriendo inadvertidamente también las toxinas del fitoplancton alojado en el conducto gástrico del molusco.
De esta forma gracias en parte a su sistema de defensa bioquímico y a la acción devastadora de las floraciones masivas, estos sencillos organismos, son capaces de acabar con sus depredadores y modificar momentáneamente el equilibrio de la intricada red trófica de los océanos. Pero este no es sino uno más de los infinitos capítulos de la evolución de los sistemas ecológicos a lo largo del tiempo. Y tras los periodos de mortandad, vienen los de recuperación. Y así, mediante la iteración de estos ciclos, la vida en los océanos persiste y se renueva. O al menos así ha sido hasta ahora…

La belleza de lo invisible
Este ha sido un intenso viaje que nos ha llevado de un confín del océano al otro, desde las profundidades abisales hasta los parajes polares más inhóspitos. Hemos visitado con la mente lugares que jamás podremos visitar con nuestro equipo de buceo. Hemos visto la feroz lucha por la supervivencia de seres que jamás llegaremos a contemplar en ninguna de nuestras inmersiones. Pero a pesar de ello, estoy convencido de que la próxima vez que iniciemos una inmersión y veamos ante nuestros ojos la magnífica explosión de vida de los arrecifes, los cardúmenes de barracudas cerrándose sobre sí mismos como un vórtice de plata líquida, o veamos las gorgonias filtrar el agua de la corriente en los cañones submarinos, recordaremos que todo eso es posible gracias un delicado equilibrio de las fuerzas y corrientes que ponen en contacto atmósfera e hidrosfera, continentes y océanos, y a la energía solar que unos diminutos organismos utilizan para poner en marcha la intrincada red de la vida. Por eso quizá, la próxima vez que nos sumerjamos, veamos por vez primera la belleza del océano invisible

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PARDO, A. y CAMARA, N. (2004): Mareas rojas, la rebelión del plancton. Inmersión, nº 46, pp.54-60.