La vida en condiciones extremas

La paradoja de la biodiversidad marina antártica

El estudio de lugares prístinos es de gran importancia para conocer los océanos tal como eran sin el impacto del ser humano. Por efecto de las condiciones ambientales extremas, la lejanía de los otros continentes y por su profundidad, a causa del peso del hielo continental, la plataforma continental antártica ofrece una gran oportunidad para entender mejor cómo sería un ecosistema prístino. Además de una elevada biodiversidad, los organismos bentónicos antárticos presentan pautas de distribución espacial y demográfica diferentes de las comunidades de las plataformas continentales de otros mares y océanos del mundo. Eso hace que las comunidades bentónicas antárticas se parezcan más de lo que cabría pensar a aquellas comunidades del planeta con la más alta biodiversidad conocida.

Palabras clave: biodiversidad marina, conservación, Antártida, bentos, gorgonias.

Tras más de una centuria de explotación de los recursos marinos en todos los océanos del planeta Tierra y de considerarlos como el gran imbornal o cubo de basuras de la humanidad, quedan muy pocos sitios donde la huella del hombre no esté presente. Los efectos o las consecuencias de la contaminación, de los vertidos de todo tipo, de la extracción indiscriminada de recursos y, últimamente, del cambio climático son patentes y visibles en diferentes grados de afectación en todos los mares y océanos del mundo. Pero aún quedan algunos lugares donde, por la lejanía de la actividad humana, la vida marina permanece casi intacta o, cuando menos, sin los efectos producidos por el ser humano. Un claro ejemplo son las islas en medio del océano Pacífico o los grandes y extensos fondos abisales. Pero incluso a estos últimos, casi inaccesibles, han llegado hoy en día vertidos o elementos contaminantes arrastrados por las corrientes marinas. Mucho más complicada es la situación en la superficie de los océanos con las llamadas «islas de plástico».

El estudio de lugares realmente prístinos es de gran importancia para poder conocer cómo eran originalmente antes de que ya no quede ninguno. Uno de los motivos más importantes para conocer los océanos sin el impacto del ser humano es saber qué grado de degeneración o destrucción experimentan los fondos marinos. Es vital desarrollar medidas de restauración o recuperación más efectivas y adecuadas, de acuerdo a cómo deberían ser los fondos marinos, sin introducir cambios artificiales que, muy posiblemente, generen todavía más alteraciones en el medio.

¿Por qué la antártida?

La investigación de los fondos marinos más prístinos del planeta Tierra nos llevó a estudiar la vida que se encuentra en las plataformas continentales de la alta Antártida, zonas más interiores de los grandes mares antárticos como son el mar de Weddell y el mar de Ross. Estas plataformas están cubiertas de hielo marino la mayor parte del año (Lange, Ackley, Wadhams, Dieckmann y Eicken, 1989). Esta capa de hielo llamada banquisa, de unos dos metros de espesor, se forma y se funde cada año desde hace más de 25 millones de años (Figura 1). La persistencia de la capa de hielo marino ha preservado estas áreas durante miles de años de las perturbaciones naturales y, también, de las posibles alteraciones que podría ocasionar la actividad humana. La banquisa se extiende más allá de la zona exterior de las plataformas del propio continente antártico, donde los glaciares van generando periódicamente nuevos icebergs que producen los principales impactos naturales sobre el fondo marino.

«El estudio de lugares realmente prístinos es de gran importancia para poder conocer cómo eran originariamente antes de que no quede ninguno»

Los icebergs que se desprenden de los glaciares del continente antártico son la perturbación natural más importante, o casi la única, que afecta a los fondos marinos de las plataformas antárticas (Figura 2). Las masas de hielo flotante se arrastran durante días o semanas sobre el fondo, afectan a grandes distancias y crean un hábitat complejo formado por un mosaico de zonas perturbadas y no perturbadas. Estos fondos parcial o totalmente perturbados serán recolonizados por organismos de zonas próximas, lo cual dará inicio al proceso de sucesión. Los estadios iniciales de este proceso se caracterizan por una baja abundancia y diversidad, y por un bajo recubrimiento del sustrato. Los primeros colonizadores tienen, mayoritariamente, un crecimiento rápido y una complejidad estructural baja, mientras que los estadios finales de la sucesión presentan una elevada riqueza de especies y una biomasa excepcionalmente alta (Figura 3). Estas son situaciones que se dan en otros tipos de sucesión ecológica: la recuperación de un área forestal incendiada, los fondos dañados por la pesca de arrastre cuando se deja de pescar, etc. Aunque se calcula que tan solo un 5 % de los fondos de la alta Antártida han sido afectados por la acción de icebergs en el último milenio (Gutt, 2000), el impacto es muy alto, ya que las comunidades que son destruidas tienen millones de años de historia (Aronson y Blake, 2001). Cualquier fenómeno ambiental que pueda aumentar el régimen habitual de liberación de icebergs tendrá una repercusión capital sobre la vida de los fondos antárticos. En este aspecto, el fenómeno a tener más en cuenta es el incremento de temperaturas en todo el planeta a causa del calentamiento global.

Figura 1. El estudio de las plataformas continentales de la alta Antártida nos puede proporcionar una referencia de un hábitat con poca influencia humana para conocer mejor el estado de los fondos marinos de todo el planeta. En la imagen, panorámica del mar de Weddell. / Foto:

En la campaña antártica ANTXXIX/9, llevada a cabo durante el 2013 y el 2014 a bordo del barco de investigación Polarstern, se pudo acceder a zonas habitualmente inaccesibles del sudeste del mar de Weddell, concretamente a la plataforma de hielo de Filchner-Ronne. Aprovechando este hecho casi excepcional, se estudiaron los fondos marinos de alrededor de 300 metros de profundidad (Ambroso et al., 2017). El estudio se hizo mediante la utilización de robots submarinos que permitieron obtener imágenes registradas a lo largo de un recorrido de unos 6 km de longitud. Se practicaron transectos con robot de lugares que nunca antes se habían explorado y que se han conservado sin perturbaciones antropogénicas de ninguna clase. Las imágenes mostraban fondos marinos que se podían calificar de excepcionales por su riqueza biológica. En gran parte de la superficie del fondo marino explorado no había espacio que no estuviese ocupado por organismos sésiles (esponjas, cnidarios, briozoos, etc.) con una gran riqueza de fauna epibionte, además de peces y crustáceos. Aunque sabíamos por estudios previos (Gutt y Starmans, 1998) que en las plataformas continentales de la Antártida la biodiversidad bentónica, definida como la riqueza de especies que habitan en el fondo marino, es de las más elevadas de todos los océanos del planeta, nos sorprendió que en un lugar que durante años ha estado cubierto de hielo marino encontrásemos tanta o más diversidad de la que se conoce hoy en día en los fondos antárticos.

«Una de las preguntas más habituales hace referencia al origen de tanta diversidad en un lugar donde las condiciones ambientales son tan extremas»

Este estudio ha demostrado que, además de una elevada biodiversidad, los organismos bentónicos antárticos presentan pautas de distribución espacial y demográfica diferentes de las comunidades de las plataformas continentales de otros mares y océanos del mundo que han estado afectadas en diferentes grados por las perturbaciones antropogénicas. En la Antártida, las poblaciones de especies sésiles como gorgonias, esponjas o briozoos, además de ser muy densas, presentan individuos o colonias de diferentes edades fruto de un largo proceso de colonización y crecimiento (Figura 4). Se puede intuir muy fácilmente una gran estabilidad ambiental y una baja mortalidad natural. Las pautas de distribución encontradas en este estudio son, pues, un referente para el resto de comunidades. Cuanto más se parezcan las pautas de distribución de organismos bentónicos de otros mares y océanos a las encontradas en los fondos antárticos, más podremos decir que se encuentran en un buen estado de conservación. Así, el estudio de los fondos antárticos nos permite demostrar la gran importancia de conocer la vida en lugares realmente prístinos para poder saber cómo eran los fondos de las plataformas marinas de los océanos del planeta antes de que la actividad del ser humano las alterase. Además, es muy difícil determinar cuándo o cómo se ha perturbado una comunidad bentónica y si lo que estamos observando es realmente prístino. Tener este referente antártico marca un paso importante para conocer mejor el estado de los fondos marinos de profundidad media en todo el mundo.

¿Por qué existe esta diversidad tan elevada en los fondos antárticos?

El continente antártico quedó parcialmente aislado del resto del planeta cuando se formó la corriente circumpolar antártica hace unos 35 millones de años. A partir de aquel momento, la circulación atmosférica cambió drásticamente, las temperaturas bajaron rápidamente y el continente se cubrió de hielo. Con esta cobertura de hielo, dejaron de llegar sedimentos finos arrastrados por las aguas fluviales y, a diferencia del resto de plataformas continentales de todo el mundo, las antárticas no se cubrieron de sedimentos. De esta manera, mientras que las llegadas masivas de sedimentos finos eliminaban gran parte de la fauna sésil de los fondos de plataforma de casi todo el mundo, las comunidades antárticas recibieron muy pocos sedimentos con una medida más gruesa, arrastrados por los glaciares. Por eso, la vida bentónica ha podido persistir millones de años (Gili et al., 2006). Así, la vida marina de la Antártida ha evolucionado ajena a la última gran extinción que hubo en los océanos y ha podido generar un gran número de especies que son endémicas del océano Antártico. De hecho, el nivel de endemismo de las especies antárticas es muy elevado: en algunos grupos como los peces es del 90 % y en otros es fácil que sea de más del 50 % (Arntz, Brey y Gallardo, 1994). El aislamiento ambiental y físico, además de una larga historia en solitario, son las explicaciones aceptadas de este fenómeno biogeográfico.

Figura 2. A la derecha, marca de arrastre hecha por un iceberg como el de la imagen de la izquierda. Esta es la perturbación natural más importante que afecta a los fondos marinos de las plataformas antárticas. Cualquier fenómeno ambiental, como el calentamiento global, que aumenta el régimen de liberación de icebergs, tendrá consecuencias importantes en la vida de los fondos antárticos. / Foto:

La elevada biodiversidad de los fondos antárticos también se ha explicado por otros factores ambientales y biológicos (Figura 5). Entre los primeros, lo más importante es la estabilidad ambiental, con unas aguas que no varían su temperatura, entre 1 y –1° C, a lo largo de todo el año y a lo largo de miles de años. Entre los segundos, es destacable la baja cantidad de depredadores de las especies bentónicas que existen en la Antártida, ya que las bajas temperaturas han hecho que grandes depredadores como crustáceos decápodos o tiburones, entre otros, no puedan sobrevivir allí. Las aguas frías antárticas están también muy cargadas de nutrientes y eso permite elevadas tasas de producción primaria. Estas elevadas tasas de producción primaria son la razón principal de la elevada cantidad de vertebrados que se desarrollan en aguas antárticas.

«El hielo marino es uno de los ecosistemas más productivos del mundo, ya que en su interior se desarrolla un ecosistema muy singular»

Una de las preguntas más habituales hace referencia al origen de tanta diversidad en un lugar en que las condiciones ambientales son tan extremas. Las bajas temperaturas son otra vez uno de los factores clave. Desde hace millones de años, las plataformas antárticas se han cubierto de una capa de hielo marino en la superficie que se mantiene durante el largo invierno austral para fundirse los meses de verano. El hielo marino es uno de los ecosistemas más productivos del mundo (Thomas y Dieckmann, 2002). En su interior, gracias a la sal que queda atrapada durante el proceso de congelación, se favorece la formación de un sistema de millones de pequeños canales, donde se permite el desarrollo de un ecosistema muy singular. Un ecosistema dominado por microalgas (diatomeas y otros grupos de fitoplancton), rodeadas por una rica comunidad de bacterias y otros microorganismos. La fotosíntesis es una máquina que nunca se para. Las microalgas sirven de alimento a la comunidad de organismos de su alrededor, y estos, mediante los productos de excreción de su metabolismo, generan nutrientes esenciales para las algas; así, el ecosistema tiene una actividad constante a pesar de las bajas temperaturas. A causa del poco espacio que tienen las microalgas dentro del hielo, no se pueden multiplicar y por tanto, acumulan grandes cantidades de sustancias de reserva en su interior, sobre todo lípidos (muchos de los cuales del grupo omega-3), que además les sirven para mantener la impermeabilidad de las paredes celulares. Durante más de seis meses las microalgas convierten el hielo marino en un reservorio del mejor alimento que se puede generar en los océanos. Cuando llega la primavera austral, el hielo se funde y las microalgas que se liberan del hielo empiezan a crecer rápidamente hasta formar, muchas veces, largas cadenas que caen rápidamente hacia el fondo marino.

Cada primavera, los fondos antárticos se ven fertilizados por millones de toneladas de un alimento de primera calidad y que, además, como la temperatura es muy baja, no se descompone (Figura 6). Este alimento que se acumula en los fondos marinos forma lo que se conoce como «alfombras verdes», que pueden alimentar durante meses la vida que se encuentra en el fondo de las plataformas antárticas. Pero las cadenas de microalgas que precipitan desde la superficie no son la única fuente de alimento de los organismos bentónicos. Cuando el hielo se funde, el krill, que con más de mil millones de toneladas es el invertebrado más abundante del océano Antártico, consume grandes cantidades del fitoplancton liberado del hielo marino. El krill se alimenta tan rápido que no puede digerir la mitad de lo que come, y lo excreta en forma de paquetes fecales (Arntz et al., 1994). Estos paquetes caen rápidamente al fondo y en su interior aún hay un gran número de microalgas frescas que se suman a las que ya han precipitado al fondo marino como fuente de alimento de los organismos sésiles. Así, la elevada biodiversidad de las comunidades bentónicas antárticas también se puede explicar gracias a que durante millones de años a estas comunidades no les ha faltado nunca un alimento rico y muy abundante que permanece fresco durante meses debido a las bajas temperaturas. Esta lluvia continua de alimento es una parte fundamental de la relación entre la producción planctónica y el sistema bentónico que se llama acoplamiento bentopelágico. La alta disponibilidad de alimento y su alta calidad va a la par con la baja demanda energética de muchas especies, lo que se ha comprobado con el bajo consumo de oxígeno debido a las bajas temperaturas. Por ejemplo, en moluscos bivalvos antárticos el consumo de oxígeno es de uno a dos órdenes de magnitud inferior al de las especies de mares templados.

Figura 3. Mosaic de zones pertorbades (en primer terme), amb una població d’una gorgònia pionera (Ainigmaptillon sp.), i no pertorbades (en segon terme) amb una comunitat caracteritzada per una complexitat estructural molt major.

Las comunidades bentónicas antárticas: biodiversidad, estructura y dinámica

En estudios previos en los que se ha comparado la diversidad antártica con otras regiones del planeta, se ha podido evidenciar que algunos grupos de organismos como poliquetos, anfípodos o equinodermos, entre otros, presentan una complejidad estructural y diversidad más alta en el océano Antártico que en otras regiones como Hawai o Gran Bretaña (Clarke, Aronson, Crame, Gili y Blake, 2004). Además, la abundancia de organismos es un aspecto que hay que resaltar de la Antártida: en términos de biomasa, se sabe que hay un orden de magnitud de diferencia entre el océano Ártico y el Antártico. Hay que destacar también un aspecto importante como es la gran longevidad de las especies que forman parte de las comunidades bentónicas antárticas, aunque hoy en día solo se conoce la edad aproximada de algunas gorgonias, esponjas, estrellas de mar, moluscos y crustáceos. Los lentos ritmos de crecimiento junto a los largos ciclos de vida de estos invertebrados antárticos les han permitido crear comunidades maduras y altamente estructuradas. En el caso de las gorgonias del género Thouarella se han podido estimar edades de entre 650 y 1.100 años. Estos ejemplares recogidos recientemente en la alta Antártida forman parte de la fauna actual y son el resultado de una larga y compleja historia evolutiva (Martinez-Dios, Domínguez-Carrió, Zapata-Guardiola y Gili, 2016).

Figura 5. Diagrama de los procesos ligados a la llegada de alimento a las comunidades bentónicas de la alta Antártida. Durante los meses de invierno, las microalgas crecen en los pequeños canales al interior de las placas de hielo y acumulan grandes cantidades de reserva de nutrientes en su interior. Cuando llega el deshielo en primavera, las microalgas se liberan del hielo y empiezan a crecer rápidamente, formando largas cadenas que caen al fondo marino. Las flechas en verde representan la caída de plancton del hielo marino al fondo, mientras que las flechas azules representan las corrientes de afloramiento. Figura 6. Ciclo anual de fertilización de las comunidades bentónicas. Las flechas verdes representan el plancton que cae cada primavera del hielo marino al fondo. Este alimento se acumula en el fondo en forma de alfombra verde y puede alimentar durante meses la vida del fondo de las plataformas antárticas. Las flechas azules representan las corrientes de fondo y las moradas la resuspensión causada por estas corrientes. / Jordi Corbera. Figura modificada de Gili, Coma, Orejas, López-González y Zabala, 2001

Desde el punto de vista espacial, la comprensión de los procesos que inciden en la distribución, la abundancia y las interacciones de las especies es una de las principales líneas de investigación dentro de la ecología de los organismos antárticos. En este aspecto, la distribución agrupada que presentan la mayoría de las especies de gorgonias antárticas se vería relacionada con la presencia de una larva lecitotrófica, que favorecería el rápido asentamiento después de su liberación. Se ha observado en Thouarella variabilis la presencia simultánea de gametos de dos clases de medidas tanto en colonias macho como en colonias hembra, lo cual evidencia la presencia de diferentes generaciones al mismo tiempo, que hace posible una gametogénesis continua en que las larvas serían liberadas durante todo el año, y gracias a la continuada resuspensión de la materia orgánica depositada en el fondo marino durante la primavera antártica, se haría posible el éxito del asentamiento de las larvas. Estas especies también se ven afectadas por las relaciones epibentónicas (depredación, ruptura de las ramas por asentamiento), y por este motivo son las zonas más protegidas de las colonias las que presentan un mayor número de pólipos en fases reproductivas, mientras que los pólipos de la periferia están especializados en la alimentación.

«La elevada biodiversidad de los fondos antárticos también se han explicado por factores ambientales como la estabilidad ambiental»

Las relaciones epibentónicas que se establecen entre los organismos epibiontes y la fauna sésil son clave para la vida de los organismos. Esta estrategia permite evitar la competencia por el espacio y tener un mayor acceso a la columna de agua, lo cual aumenta la diversidad local. Esta estrategia hace que las comunidades bentónicas sean muy complejas y que tengan una estructura tridimensional, aspecto característico de comunidades formadas por suspensívoros bentónicos. Es muy frecuente ver que en las plataformas antárticas las comunidades bentónicas de fondos blandos están caracterizadas por una alta diversidad, biomasa y complejidad estructural. Este hecho también lo encontramos en algunas áreas de zonas tropicales o templadas, donde los arrecifes de coral o las comunidades de fondos rocosos tienen una elevada densidad de organismos. Eso hace que las comunidades bentónicas antárticas se parezcan más de lo que se podría pensar a aquellas comunidades del planeta con la más alta biodiversidad conocida.

REFERENCIAS

Ambroso, S., Salazar, J., Zapata-Guardiola, R., Federwisch, L., Richter, C., Gili, J-M., & Teixidó, N. (2017). Pristine populations of habitat-forming gorgonian species on the Antarctic continental shelf. Scientific Reports, 7(1), 12251. doi: 10.1038/s41598-017-12427-y

Arntz, W. E., Brey, T., & Gallardo, V. A. (1994). Antarctic zoobenthos. Oceanography and Marine Biology Annual Reviews, 32, 241–304.

Aronson, R. B., & Blake, D. B. (2001). Global climate change and the origin of modern benthic communities in Antarctica. American Zoology, 41(4), 27–39. doi: 10.1093/icb/41.1.27

Clarke, A., Aronson, R. B., Crame, J. A., Gili, J-M., & Blake, D. B. (2004). Evolution and diversity of benthic fauna of the Southern Ocean continental shelf. Antarctic Science, 16(4), 559-568. doi: 10.1017/S0954102004002329

Gili, J. M., Arntz, W. E., Palanques, A., Orejas, C., Clarke, A., Dayton, P., ... López-González, P. J. (2006). A unique archaic epibenthic community of sessile passive suspension feeders in the high Antarctic. Deep Sea Research II, 53(8-10), 1029–1052. doi: 10.1016/j.dsr2.2005.10.021

Gili, J. M., Coma, R., Orejas, C., López-González, P. J., & Zabala, M. (2001). Are Antarctic suspension feeding communities different from those elsewhere in the world? Polar Biology, 24(7), 473–485. doi: 10.1007/ s003000100257

Gutt, J. (2000). Some «driving forces» structuring communities of the sublittoral Antarctic macrobenthos. Antarctic Science, 12(3), 297–313. doi: 10.1017/S0954102000000365

Gutt, J., & Starmans, A. (1998). Structure and biodiversity of megabenthos in the Weddell and Lazarev seas (Antarctica): Ecological role of physical parameters and biological interactions. Polar Biology, 20(4), 229–247. doi: 10.1007/s003000050300

Lange, M., Ackley, S., Wadhams, P., Dieckmann, G., & Eicken, H. (1989). Development of sea ice in the Weddell sea. Annals of Glaciology, 12, 92– 96. doi: 10.3189/S0260305500007023

Martinez-Dios, A., Dominguez-Carrió, C., Zapata-Guardiola, R., & Gili, J. M. (2016). New insights on Antarctic gorgonians’ age, growth and their potential as paleorecords. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 112, 57–67. doi: 10.1016/j.dsr.2016.03.007

Thomas, D. N., & Dieckmann, G. S. (2002). Antarctic Sea Ice–A habitat for extremophiles. Science, 295, 641–644. doi: 10.1126/science.1063391

© Mètode 2018 - 98. Elogio de la vida - Verano 2018

Professor d’Investigació del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC). Treballa en l’actualitat a l’Institut de Ciències del Mar de Barcelona (Espanya) on ha creat el Grup d’Ecologia del Bentos Marí i el de Biologia del Zooplàncton gelatinós. En l’actualitat desenvolupa projectes de recerca al Mediterrani, l’Antàrtida, el Pacífic sud i l’Atlàntic nord. Ha rebut el premi de la crítica de Serra d’Or (1985) i el de Medi Ambient de l’Institut d’Estudis Catalans (2010). És el director del projecte de divulgació «El mar a fons».

Graduat en Biologia Marina, des de 2009 desenvolupa la seva carrera científica a l’Institut de Ciències del Mar (CSIC) de Barcelona (Espanya). La seva activitat de recerca està relacionada amb l’ecologia i els patrons de distribució espacial de les comunitats bentòniques. Actualment està duent a terme la seva tesi de doctorat sota la supervisió dels professors d’investigació Josep Maria Gili i Núria Teixidó Ullod. El seu projecte de tesi doctoral té com a objectiu comprendre l’estructura i dinàmica de les comunitats macrobentòniques antàrtiques al mar de Weddell.

Graduada en Biologia i Màster en Oceanografia i Gestió del Medi Marí (Barcelona, Espanya). Va basar el seu treball final de màster en la cerca de patrons de distribució espacials de gorgònies antàrtiques al mar de Weddell. Participa activament tant en projectes de recerca com de divulgació. És part de l’equip «El mar a fons», on és encarregada de crear diferents recursos didàctics. També és membre actiu d’APECS-Spain, l’Associació de Joves Científics Polars, i forma part de la comissió de l’Institut de Ciències del Mar (CSIC) amb l’aliança que té amb l’Escola Tanit sota el projecte Magnet, un projecte educatiu per a evitar la segregació escolar.

Llicenciada en Biologia, Màster en Gestió Soste­nible dels Sistemes Marins Costaners i doctora en Biologia de la Conservació. La seva tesi doctoral sobre la diversitat i evolució de gorgònies antàrtiques li ha permès participar en diverses campanyes antàrtiques a bord del vaixell alemany Polarstern (2007-2008 i 2013-2014). Actualment, coordina el projecte de divulgació científica «El mar a fons» projecte de l’ICM-CSIC en col·laboració amb Obra Social “La Caixa” (Barcelona, Espanya).