Com varia la riquesa d'espècies de fitoplàncton amb la productivitat de l'ecosistema marí? Aquesta pregunta ha fascinat els científics en oceanografia biològica des de fa dècades. El fitoplàncton està format per nombroses espècies de microalgues unicel·lulars que obtenen el seu aliment per fotosíntesi i constitueix la base de la cadena tròfica en l'oceà. El seu creixement en biomassa és el que normalment es coneix per producció primària.
Com varia la riquesa d'espècies de fitoplàncton amb la productivitat de l'ecosistema marí? Aquesta pregunta ha fascinat els científics en oceanografia biològica des de fa dècades. El fitoplàncton està format per nombroses espècies de microalgues unicel·lulars que obtenen el seu aliment per fotosíntesi i constitueix la base de la cadena tròfica en l'oceà. El seu creixement en biomassa és el que normalment es coneix per producció primària.
Estudis recents havien arribat a la conclusió que la diversitat d'espècies de fitoplàncton augmenta amb la producció de l'ecosistema marí fins a un punt àlgid, a partir del qual la biodiversitat disminueix dràsticament a mesura que la producció de l'ecosistema segueix augmentant fins a valors inusualment elevats (veure gràfic). No obstant això encara faltava per esbrinar el per què d'aquesta misteriosa relació amb forma d '"U" invertida, que és la imatge resultant quan es representa en un gràfic aquesta relació biodiversitat/productivitat. Cap de les explicacions teòriques propostes oferia una visió completa dels mecanismes que estaven operant.
Ara, un treball publicat a Nature Communications, realitzat per un equip de científics espanyols de l'Institut de Ciències del Mar de Barcelona (CSIC), en col·laboració amb científics del Massachussets Institute of Technology (MIT) dels EUA i del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francès, acaba de resoldre l'aparent misteri usant un model global d'ecosistema marí acoblat a un circulació general dels corrents de l'oceà.
Segons Sergio Vallina, investigador Ramon y Cajal de l'ICM-CSIC i autor principal de l'estudi, les raons que donen lloc a una relació amb forma d'"U" invertida entre la diversitat de fitoplàncton i la producció del sistema són dos. La primera és la predació selectiva del zooplancton marí (per exemple el krill) sobre les espècies de fitoplàncton dominant en el que es coneix com "killing-the-winner" ("eliminant al guanyador", en anglès), el que dóna lloc a una correlació positiva entre producció primària i diversitat. La segona raó és el desacoblament estacional entre zooplancton i fitoplàncton a l'inici de la primavera, el que dóna lloc una correlació negativa. És la combinació global d'ambdós mecanismes el que explica la relació entre diversitat i productivitat observada en les dades.
Quan zooplancton i fitoplàncton estan ben acoblats, la predació tipus "killing-the-winner" evita que les espècies de fitoplàncton més dominants es quedin amb tots els recursos i excloguin la resta d'espècies. En aquestes condicions, augmentar la quantitat de nutrients de l'ecosistema permet que tant la producció primària com la diversitat augmentin juntes a través del que es coneix com "coexistència facilitada pel predador". Aquest mecanisme explica la correlació positiva inicial que s'observa en la relació productivitat-diversitat del fitoplàncton marí per a valors de producció primària de baixos a moderats.
En canvi, quan zooplàncton i fitoplàncton estan desacoblats, la qual cosa és habitual després de l'hivern en zones amb alta estacionalitat, augmentar la quantitat de nutrients dóna lloc al fet que les espècies de fitoplàncton més dominants puguin crèixer sense control ("bloom") i acaparar tots els recursos, expulsant les espècies menys competitives fora de l'ecosistema. Quan això succeeix, producció primària i diversitat van en direccions oposades. Aquest mecanisme explica la correlació negativa que s'observa en la relació productivitat-diversitat del fitoplàncton per a valors de producció primària molt elevats, que simplement reflecteixen aquests "blooms" de fitoplàncton dominats per molt poques espècies de diatomees.
El model demostra que quan els nutrients són baixos, la producció i la diversitat són baixos perquè només algunes espècies de creixement lent i amb molta afinitat pels nutrients poden sobreviure. Quan els nutrients estan en un punt mitjà, la diversitat s'incrementa perquè les espècies de creixement lent i les espècies oportunistes de creixement ràpid coexisteixen gràcies a que són controlades per la predació selectiva. Quan hi ha molts nutrients, la producció s'incrementa i la diversitat decreix perquè unes poques espècies oportunistes creixen molt ràpidament durant un curt període de temps generant els anomenats "blooms" fins que consumeixen tots els nutrients o el zooplàncton comença a consumir aquestes espècies més dominants amb l'estratègia "killing-the-winer".
Les simulacions del model global d'ecosistema marí reprodueixen amb gran fiabilitat les dades de camp i, per tant, els autors tenen un alt grau confiança en les seves conclusions dins la incertesa associada a tot resultat purament teòric. És la primera vegada que un model d'ecosistema marí permet explicar els mecanismes de coexistència i exclusió competitiva que es creu operen simultàniament en les comunitats de fitoplàncton marí i quina és la seva relació amb la riquesa d'espècies. Les implicacions d'aquest treball d'investigació fonamental són útils des del punt de vista de la gestió del medi marí perquè ofereix explicacions teòriques comprovables dels mecanismes que ajuden a mantenir la diversitat d'espècies en l'oceà.
Article:
S.M. Vallina, M.J. Follows, S. Dutkiewicz, J.M. Montoya, P. Cermeno, & M.Loreau.
Global relationship between phytoplankton diversity and productivity in the ocean.
Nature Communication 5:4299 2014 DOI: 10.1038/ncomms5299 (PDF)