Ballenas ¿Afloramientos vivientes?

En La Venganza de Gaia James Lovelock definía a los organismos grandes como “dandies de Gaia”, afirmaba que algo hacían pero que eran poco importantes con respecto a los microorganismos fotosintéticos o nitrificantes. Sin embargo las investigaciones han señalado que las cosas no son así y que los organismos grandes pueden tener una influencia marcada en el flujo de nutrientes en el Océano.Captura4

Hace unos años hice un interesante trabajo en la universidad sobre un tema interesante: el biomixing, esto es, la mezcla de aguas por la acción de los seres vivos.

Aunque la idea suene ajena al gran público, fue propuesta por primera vez por Charles Garlton Darwin, nieto del autor de El Origen de las Especies, en 1953 y fue desarrollada once años después por Munk. Pero ni siquiera ellos se lo tomaron muy en serio y la idea se quedó en el olvido durante 40 años hasta que fue recuperada en 2004.

El razonamiento utilizado para recuperar la idea fue el siguiente: el Océano tendería a estar estratificado de no tener un aporte de energía (entendida cómo “aquello capaz de realizar un trabajo”) que mezcle las aguas. Dado que el Océano sufre un proceso de mezcla, circulación y afloramiento de influencia capital para la vida y el clima a nivel global, podemos asumir que recibe esta energía.

Y teniendo en cuenta los procesos de circulación local y global (conveyor belt), afloramientos y hundimientos, este aporte de energía fue estimado por Quirin Schiermeier en 2 petavatios, unos 2000 trillones de vatios, lo que equivaldría a 200 veces la energía utilizada por la humanidad. Este dato fue publicado en la revista Nature en mayo de 2007.

¿De dónde salía esa energía? Pues ahí está el problema, según el propio Schiermeier “no sabemos todo lo que pasa”.

La fuente de turbulencia energética más estudiada es el viento, responsable de grupos de ondas y afloramientos. En 2001 Kerry Enmanuel estimó esta influencia en 1,4 petavatios de energía. Más de la mitad pero insuficiente.

También es importante la influencia de las mareas, estimada en 1 teravatio es un claro sospechoso de la mezcla en profundidad. Pero también pierde mucha energía con los choques con los numerosos montes submarinos.

Y queda el efecto directo de la irradiancia solar, que solamente afecta a los primeros metros de la columna de agua, que a su vez está fuertemente afectada por las fuerzas de flotación, lo que supone una barrera para su influencia en el océano profundo al relegar las aguas frías y densas a las profundidades. La energía del influjo solar fue estimada por Dewar et al en 2006 en 63 megavatios.

¿De dónde salen los 0,436 petavatios restantes? Eso era lo que no sabíamos y, en 2004, Huntley y Zhou estudiaron la natación de 100 especies desde bacterias a ballenas y encontraron que 11 podían generar hasta 10000 vatios en turbulencia, magnitud que consideraron equiparable a la de las grandes tormentas. En 2006 determinaron que la migración vertical de animales podía incrementar la turbidez de 2 a 3 órdenes de magnitud.

¿Es posible que el krill pudiera mover el mar? El debate había comenzado y a día de hoy continua.

El primer modelo empleado para la modelización del biomixing fue propuesto por Charles Galton Darwin en 1953 que consideraba que los cuerpos sólidos al desplazarse generaban un vacío que debía ser llenado. Kafaji consideró que esto afectaba tanto a la natación como al hundimiento de cadáveres y pellets.

Thiffeault, Childress y Zhi revisaron el modelo definiendo a los animales como cilindros de radio 1 que nadarían todos en la misma dirección.

John O. Dabiri desarrolló su propio modelo definiendo a los animales como esferas rígidas capaces de caer y atravesar gradientes. Asumía que los animales arrastraban con ellos agua al desplazarse. Afirma también que los animales al nadar generan vórtices que retienen agua y energía a su alrededor.

El problema llegaba con el número de Reynolds (Re), que mide la importancia de las fuerzas viscosas en el proceso. De hecho, en 2007 André Visser publicaba en Science que la turbulencia generada por los organismos pequeños tenía un límite debido a la viscosidad del agua a partir del cual la energía se disipaba cómo calor. Algo similar reconoció Dabiri ese mismo año.

El razonamiento de Visser sugería que cuanto mayor fuera el animal, mayor sería la turbulencia que desencadenaría pero que la mayor parte de la biomasa animal oceánica está formada por animales pequeños como el krill o los copépodos.

Los modelos con animales pequeños dan muchos problemas

Los modelos con animales pequeños dan muchos problemas

Una posible respuesta se buscaba en que los grandes bancos de plancton y peces podrían compensar el pequeño tamaño de sus miembros. En 2009 Greg y Horne afirmaron que la turbulencia de los bancos podía autoanularse pero se observa lo contrario.

El caso que se consideraba paradigmático era el de Saanich Intel, un fiordo semicerrado en la Columbia Británica con escasa incidencia de viento y mareas pero con una importante migración vertical del krill Euphasia pacifica desde superficie a los 30 – 100 metros de profundidad. Los valores de turbulencia estimados en la vecindad del banco son hasta 5 veces mayores.

Paradójicamente, en las Islas Británicas no se observa este proceso asociado al krill.

Pero para mí había una idea interesante: los organismos grandes tienen la capacidad de generar grandes magnitudes de turbulencia y algunos son dados a las migraciones verticales. El ejemplo que se me ocurrió en primer momento fueron los calderones, esa robusta variedad de delfines que forman clanes enormes y realizan migraciones verticales en pos de su comida favorita: los calamares.

No son los únicos, así que decidí buscar si había algún trabajo sobre el tema encontré nada menos que un paper de Lavery et al que estaba en fase de revisión en Biogeosciences Discusions y sería publicado ese mismo año, 2012. Apuntaba directamente al mayor experto en apnea del planeta: el cachalote.

Lavery y su equipo habían estudiado nada menos que la población de cachalotes residentes en Hawai estimando lo siguiente:

En el Océano existe un gradiente de densidad (la picnoclina) debajo del cual las aguas tienen menos luz pero más nutrientes. Los cachalotes son los mayores buceadores a pulmón entre los cetáceos, llegando a profundidades de más de un kilómetro de profundidad, en Hawai descienden entre 30m y 800 metros de profundidad en pos de sus presas. En el transcurso de esta migración atravesarían fácilmente la termoclina.

Con una versión del modelo de Dabiri, Lavery y su equipo estimaron que cada cachalote podía arrastrar una media de 1,3 toneladas de nitrógeno desde el océano profundo a la capa fótica al año, lo cual (afirmaban) podía implicar un incremento de unas 7 toneladas de carbono fijado anualmente por actividad fotosintética.

Según este artículo, la población de 80 cachalotes que visitan Hawai podía añadir nitrógeno a la capa fótica para la fijación fotosintética anual de 600 toneladas de carbono.

Campeones de la natación submarina, los cachalotes traspasan todos los gradientes.

Campeones de la natación submarina, los cachalotes traspasan todos los gradientes.

Pero, reconocía Lavery, la magnitud del proceso era modesta comparada con otros procesos cómo la mezcla por viento. Incluso especulaban si la producción primaria del ecosistema hawaiiano se habría resentido de la presión pesquera que habían sufrido los cachalotes.

Desde luego, el debate iba a continuar y prometía ser interesante. Y en este sentido encontré en ScienceNordic un artículo publicado en 4 de Noviembre de 2015 donde Kristian Sjøgren afirmaba que las ballenas y grandes organismos nectónicos son capaces de transportar desde agua profunda a la zona fótica “340 millones de kilogramos” y que la reducción de la población de estos animales grandes había reducido un flujo que el pasado había sido considerablemente mayor.

El artículo de Sjøgren hacía referencia a otro paper publicado por Christopher E. Doughtya, Joe Romanb, Søren Faurbyd, Adam Wolfe, Alifa Haquea, Elisabeth S. Bakkerf, Yadvinder Malhia, John B. Dunning y Jens-Christian Svenningd en la revista PNAS en marzo de 2015. Un estudio muy detallado que había dirigido su atención al efecto del transporte de nutrientes realizado por grandes organismos nectónicos y por aves marinas.

En particular, habían estimado el movimiento vertical de nutrientes por acción de los mamíferos marinos en base a su condición de nadadores activos y de depredadores, revisando tanto especies de cetáceos cómo de pinnípedos, y tomaron en cuenta tanto la turbulencia como el aporte de nutrientes en forma de excrementos y sus propios cuerpos.

Las especies tomadas en cuenta fueron las siguientes:

Cystophora cristata

Globicephala macrorhynchus

Globicephala melas

Hyperodon ampullatus

Phocartos hookeri

Mirounga angustirostris

Mirounga leonina

Physeter macrocephalus

Balaenoptera physalus

Ziphius cavirostris

Leptonychotes weddelli

En la lista podemos encontrar al cachalote, dos zifios y dos calderones, todos ellos cetáceos dados a sumergirse a gran profundidad para perseguir cefalópodos y al elefante marino (Mirounga sp.), el pinnípedo que se sumerge a mayor profundidad llegando a los 1300 metros.

Sus conclusiones señalan que efectivamente los mamíferos marinos realizan una importante labor de trasporte de nutrientes limitantes como el nitrógeno, fósforo o hierro desde el océano profundo a la capa fótica. El número aportado por Sjøgren en ScienceNordic de 340 se atribuir al total de nutrientes aportados por la migración vertical de todos estos grandes buceadores a nivel global anualmente, suponiendo un aporte relevante para la producción primara en superficie.

Además, realizaron una comparación análoga para el movimiento lateral de estos animales grandes, además de aves marinas y peces anádromos. Para las aves marinas el potencial de transporte de nutrientes ronda los 6,3 millones y para los peces anádromos los 140 millones.

Esto también es importante porqué durante la década pasada se consideraba que el transporte de nutrientes por parte de los seres vivos era fundamentalmente vertical y que horizontalmente era bastante menos importante.

Además de eso Doughtya et all recuerdan que todas estas criaturas han sufrido una seria reducción de su población debido a la presión de la caza y que este hecho afecta a la magnitud del transporte de nutrientes por acción de los cetáceos. “El pasado fue un tiempo de gigantes, con abundantes ballenas en los mares y grandes animales en tierra.” Comenta Doughtya al comenzar su paper, pero ese tiempo de gigantes ha pasado: numerosos grandes animales se han extinguido o se hallan en peligro de extinción.

Las grandes ballenas filtradoras, los cachalotes y los elefantes marinos han visto reducida su población por el efecto de la caza. Peor incluso es la situación del albatros errante (Diomedea exulans), ave grande y viajera cuya población austral ha sufrido una terrible reducción no por causa de la caza sino por la captura incidental de ejemplares por parte de los grandes palangreros. O los salmones cuyas migraciones están acotadas por las presas.

Los animales grandes mueven el agua

Los animales grandes mueven el agua

Doughtya afirma que el transporte de fósforo por parte de las ballenas se ha reducido en un 77% y los peces catádromos un 96%. En total podría haber reducido hasta un 6% el trasiego global de nutrientes.

En La Venganza de la Tierra, James Lovelock definía a los organismos pluricelulares como “los dandyes de Gaia” pero estos estudios sobre el trasiego biológico de nutrientes dan a entender lo contrario: organismos de gran tamaño como las ballenas pueden jugar un importante papel en los ciclos biogeoquímicos.

Y ese papel ha sido trastornado por la acción humana que ha reducido ostensiblemente su número, mermando una de las causas del trasiego de nutrientes en el Océano. Otro motivo por el cual la preservación de las ballenas es importante.

Bibliografía

– Doughty, Christopher E. et all “Global nutrient transport in a world of giants”. PNAS. 2015.

– Lavery, T.J., Brodnew, B, Seuront, L., Mitchell, JG, y Middleton, J. “Can Whales mix the ocean?” Biogeosciences discussions. 2012.

http://sciencenordic.com/loss-large-animals-has-reduced-global-circulation-vital-nutrients

– Wisser, André W. “Biomixing of the Oceans?”. Science. 2007. Pags 838 – 839.

– Schiermeier, Quirin. “Churn churn churn”. Nature 447. 2007. Pags 552 – 554.

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