Variabilidad del fitoplancton costero antártico asociada a fenómenos del cambio climático

Abstract

La Península Antártica Occidental (PAO) es una de las regiones del planeta que presenta los mayores índices de calentamiento de la superficie marina. Este aumento de temperatura, junto con la disminución de la salinidad causada por el deshielo acelerado de los glaciares, está generando cambios significativos en las comunidades biológicas costeras, particularmente en el fitoplancton, que constituye la base de la red trófica marina. Caleta Potter, ubicada en la isla 25 de Mayo (Shetlands del Sur), representa un sitio clave para el monitoreo de estos cambios en el norte del Área Marina Protegida (AMP) de los mares que rodean al continente antártico. Los resultados del monitoreo a largo plazo del fitoplancton en caleta Potter desde la década de 1990 hasta 2009 mostraron una biomasa consistentemente baja (< 3 μg Chl-a L⁻¹), con floraciones esporádicas dominadas por diatomeas microplanctónicas características de aguas frías. Esta baja biomasa se atribuyó a las condiciones físicas particulares de esta caleta, como los vientos intensos y la alta concentración de partículas en suspensión, resultado del deshielo del glaciar Fourcade, que reducen significativamente la irradiación solar disponible para la fotosíntesis y, en consecuencia, limitan el desarrollo de la comunidad fitoplanctónica. No obstante, durante los veranos comprendidos entre 2010 y 2020 se registró un cambio ecológico significativo, caracterizado por un notable aumento en la intensidad de las floraciones fitoplanctónicas. En estos períodos, se recolectaron muestras cuantitativas y cualitativas de fitoplancton, junto con mediciones de variables ambientales del agua, en tres sitios de muestreo en caleta Potter. El análisis de las muestras mediante microscopía óptica y electrónica de barrido permitió detectar por primera vez la presencia de Shionodiscus gaarderae en aguas antárticas, una diatomea nanoplanctónica común en aguas templadas de ambos hemisferios. En algunos veranos cálidos, esta especie llegó incluso a dominar las floraciones. Su aparición y proliferación en el norte de las aguas antárticas podrían indicar una reciente expansión de su área de distribución, asociada al calentamiento de las aguas en la región. En contraste, durante veranos fríos, las floraciones estuvieron dominadas por especies microplanctónicas como Thalassiosira antarctica, Porosira glacialis y Odontella weissflogii, entre otras. En veranos con temperaturas intermedias se observó un bajo desarrollo del fitoplancton, sin registros de aumentos significativos de biomasa fitoplanctónica. Los resultados revelan una marcada variabilidad interanual en la magnitud, dinámica y composición de las floraciones de fitoplancton en caleta Potter, y sugieren que las floraciones de diatomeas micro- y nanoplanctónicas ocurren bajo diferentes condiciones ambientales, influenciadas principalmente por la temperatura y la turbidez del agua de mar. Para comprender mejor los mecanismos detrás de estos cambios, se llevó a cabo un experimento de microcosmos al aire libre, diseñado para simular las condiciones futuras de calentamiento oceánico y disminución de salinidad. Se recolectaron muestras naturales de fitoplancton estival de caleta Potter y se distribuyeron en tanques de policarbonato de 200 litros dispuestos al aire libre en la base antártica Carlini, expuestos a condiciones de luz que simulaban las condiciones de los 5 m de la columna de agua. Los tratamientos experimentales incluyeron una combinación factorial de dos niveles de temperatura (temperatura ambiente y +4 °C) y dos niveles de salinidad (salinidad normal y -4 unidades), con tres réplicas por condición. Durante un periodo de siete días, se monitorearon diariamente parámetros fisicoquímicos como la temperatura, salinidad y nutrientes (nitrato, fosfato y silicato), además de la composición y abundancia de especies fitoplanctónicas. Para el análisis de la biomasa fitoplanctónica se utilizó la cuantificación de Chl-a mediante fluorometría. La composición de pigmentos fotosintéticos se determinó mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), y posteriormente se aplicó el análisis mediante Chemtax para estimar la contribución relativa de los principales grupos algales. Los resultados mostraron un aumento temprano de la biomasa fitoplanctónica durante los primeros tres días bajo condiciones de alta temperatura, coincidiendo con un incremento en la abundancia y tasa de crecimiento de pequeñas diatomeas céntricas, como Chaetoceros socialis y Shionodiscus gaarderae, además de fitoflagelados no identificados menores a 5 μm. Por el contrario, las diatomeas pennadas, típicamente dominantes en aguas frías, disminuyeron significativamente. Al final del experimento (día 7), y bajo condiciones de limitación de nutrientes, las clorofitas mostraron un aumento de abundancia en condiciones de baja salinidad, mientras que las prasinofitas disminuyeron en todos los tratamientos. Estos resultados experimentales refuerzan las observaciones a largo plazo, indicando que el calentamiento y la desalinización progresiva de las aguas antárticas están favoreciendo a especies planctónicas de aguas templadas y de menor tamaño. El reemplazo de diatomeas de microplancton por nanoplancton como S. gaarderae podría alterar profundamente la estructura del fitoplancton y, en consecuencia, afectar las redes tróficas marinas, la transferencia de energía y los ciclos biogeoquímicos en el ecosistema antártico. En conjunto, este estudio evidencia la sensibilidad del fitoplancton antártico a los cambios ambientales y resalta la importancia de continuar con investigaciones integradas que combinen observaciones de largo plazo con experimentación controlada para entender y anticipar las respuestas de los ecosistemas marinos polares al cambio climático.