El fitoplancton / ˌ f aɪ t oʊ p l æ ŋ k t ə n / son la autótrofa(autoalimentación) componentes del plancton de la comunidad y una parte clave de océanos, mares y cuencas de agua dulce ecosistemas . El nombre proviene de los griegos palabras φυτόν ( Phyton ), que significa " planta ", y πλανκτός ( Planktos ), que significa "vagabundo" o "vagabundo". [1] La mayoría del fitoplancton es demasiado pequeño para ser visto individualmente a simple vista. Sin embargo, cuando están presentes en un número suficientemente alto, algunas variedades pueden notarse como parches de color en la superficie del agua debido a la presencia de clorofila en sus células y pigmentos accesorios (como las ficobiliproteínas o xantofilas ) en algunas especies. Alrededor del 1% de la biomasa mundial se debe al fitoplancton .
Tipos [ editar ]
El fitoplancton es extremadamente diverso, desde bacterias que hacen la fotosíntesis (cianobacterias), hasta diatomeas similares a plantas, hasta cocolitóforos blindados. [3]
Ecología [ editar ]
Carbon [ editar ]
El fitoplancton son organismos bióticos microscópicos que hacen la fotosíntesis y que habitan en la capa superior iluminada por el sol de casi todos los océanos y cuerpos de agua dulce en la Tierra. Son agentes para la " producción primaria ", la creación de compuestos orgánicos apartir del dióxido de carbono disuelto en el agua, un proceso que sostiene la red alimenticia acuática . [4]
El fitoplancton obtiene energía a través del proceso de la fotosíntesis y, por lo tanto, debe vivir en la capa superficial bien iluminada (denominada zona eufótica ) de un océano , mar , lago u otro cuerpo de agua. El fitoplancton representa aproximadamente la mitad de toda la actividad fotosintética en la Tierra. [5] [6] [7] Su fijación de energía acumulada en compuestos de carbono ( producción primaria ) es la base para la gran mayoría de las redes alimentarias de agua dulce y oceánicas y también ( quimiosíntesis Es una excepción notable).
Si bien casi todas las especies de fitoplancton son fotoautótrofos obligados , hay algunas que son mixotróficas y otras especies no pigmentadas que en realidad son heterótrofas (estas últimas a menudo se consideran zooplancton ). De estos, los más conocidos son los géneros dinoflagelados , como Noctiluca y Dinophysis , que obtienen carbono orgánico al ingerir otros organismos o material detrítico .
La producción de oxígeno [ editar ]
El fitoplancton absorbe la energía del sol y los nutrientes del agua para producir su propio alimento. En el proceso de la fotosíntesis , el fitoplancton libera oxígeno molecular ( O
2 ) en el agua. Se estima que entre el 50% y el 85% del oxígeno del mundo se produce a través de la fotosíntesis del fitoplancton. [8] [9] [10] [11] [12] El resto se produce a través de la fotosíntesis en la tierra por lasplantas. [10] Además, la fotosíntesis del fitoplancton ha controlado elCOatmosférico.
2 /O
2 balance desde elEónprecámbricotemprano. [13] (Verbomba biológica.)
2 ) en el agua. Se estima que entre el 50% y el 85% del oxígeno del mundo se produce a través de la fotosíntesis del fitoplancton. [8] [9] [10] [11] [12] El resto se produce a través de la fotosíntesis en la tierra por lasplantas. [10] Además, la fotosíntesis del fitoplancton ha controlado elCOatmosférico.
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Minerales [ editar ]
El fitoplancton es crucialmente dependiente de los minerales . Estos son principalmente macronutrientes como el nitrato , el fosfato o el ácido silícico , cuya disponibilidad se rige por el equilibrio entre la llamada bomba biológica y el surgimiento de aguas profundas y ricas en nutrientes. La composición de nutrientes del fitoplancton es impulsada por la proporción Redfield de macronutrientes generalmente disponibles en toda la superficie de los océanos. Sin embargo, a través de grandes regiones del océano mundial como el Océano Antártico , el fitoplancton es también limitada por la falta de micronutrientes hierro. Esto ha llevado a algunos científicos a defender la fertilización con hierro como un medio para contrarrestar la acumulación de dióxido de carbono (CO 2 ) producido por el hombre en la atmósfera . [14] Los experimentos a gran escala han agregado hierro (generalmente como sales como el sulfato de hierro ) a los océanos para promover el crecimiento del fitoplancton y atraer el CO 2 atmosférico al océano. Sin embargo, la controversia sobre la manipulación del ecosistema y la eficiencia de la fertilización con hierro ha ralentizado tales experimentos. [15]
Vitaminas B [ editar ]
El fitoplancton depende de las vitaminas B para la supervivencia. Se ha identificado que las áreas en el océano tienen una gran carencia de algunas vitaminas B y, en consecuencia, fitoplancton. [dieciséis]
Temperatura [ editar ]
Los efectos del calentamiento antropogénico en la población mundial de fitoplancton es un área de investigación activa. Se espera que los cambios en la estratificación vertical de la columna de agua, la tasa de reacciones biológicas dependientes de la temperatura y el suministro de nutrientes a la atmósfera tengan efectos importantes sobre la productividad futura del fitoplancton. [17] [18]
pH [ editar ]
Los efectos de la acidificación antropogénica de los océanos sobre el crecimiento del fitoplancton y la estructura de la comunidad también han recibido una atención considerable. El fitoplancton, como los cocolitóforos, contiene paredes celulares de carbonato de calcio que son sensibles a la acidificación del océano. Debido a su corto tiempo de generación, la evidencia sugiere que algunos fitoplancton pueden adaptarse a los cambios en el pH inducidos por el aumento de dióxido de carbono en escalas de tiempo rápidas (meses a años). [19] [20]
Red alimentaria [ editar ]
El fitoplancton es la base de la red alimenticia acuática y proporciona una función ecológica esencial para toda la vida acuática. Bajo las condiciones futuras de calentamiento antropogénico y acidificación de los océanos, los cambios en la mortalidad del fitoplancton pueden ser significativos. [ cita requerida ] [ explicación adicional necesaria ] Una de las muchas cadenas alimenticias en el océano, notable por el pequeño número de enlaces, es la del fitoplancton krill (un crustáceo similar a un pequeño camarón), que a su vez sostiene a las ballenas de ballena .
La diversidad estructural y funcional [ editar ]
El término fitoplancton abarca todos los microorganismos fotoautotróficos en las redes alimenticias acuáticas . Sin embargo, a diferencia de las comunidades terrestres , donde la mayoría de los autótrofos son plantas , el fitoplancton es un grupo diverso, que incorpora eucariotas protistas y procariotas tanto eubacteriales como arcaebacterianos . Hay alrededor de 5,000 especies conocidas de fitoplancton marino. [21] No está claro cómo evolucionó tal diversidad a pesar de los recursos escasos (restringiendo la diferenciación de nicho ). [22]
En términos de números, los grupos más importantes de fitoplancton incluyen las diatomeas , cianobacterias y dinoflagelados , aunque muchos otros grupos de algas están representados. Un grupo, los cocolitofóridos , es responsable (en parte) de la liberación de cantidades significativas de sulfuro de dimetilo (DMS) a la atmósfera . El DMS se oxida para formar sulfato que, en áreas donde las concentraciones de partículas en aerosol delambiente son bajas, puede contribuir a la población de núcleos de condensación de nubes , lo que en su mayoría provoca un aumento de la capa de nubes y el albedo de nubes.De acuerdo con la llamada Hipótesis CLAW . [23] [24] Diferentes tipos de fitoplancton soportan diferentes niveles tróficos dentro de ecosistemas variables. En las regiones oceánicas oligotróficas , como el mar de los Sargazos o el Gyre del Pacífico Sur , el fitoplancton está dominado por células de tamaño pequeño, llamadas picoplancton y nanoplancton (también conocidas como picoflagelados y nanoflagelados), en su mayoría compuestas de cianobacterias ( Prochlorococcus , Synechococcus ) y, por último, de cáucobacterias. como micromonas . Dentro de ecosistemas más productivos, dominados porSurgimiento o entradas terrestres altas, los dinoflagelados más grandes son el fitoplancton más dominante y reflejan una porción más grande de la biomasa . [25]
Estrategia de crecimiento [ editar ]
A principios del siglo XX, Alfred C. Redfield encontró la similitud de la composición elemental del fitoplancton con los principales nutrientes disueltos en las profundidades del océano. [26] Redfield propuso que la proporción de carbono a nitrógeno a fósforo (106: 16: 1) en el océano estaba controlada por los requisitos del fitoplancton, ya que posteriormente el fitoplancton libera nitrógeno y fósforo a medida que se remineralizan. Esta llamada " relación de Redfield " al describir la estequiometría del fitoplancton y el agua de mar se ha convertido en un principio fundamental para comprender la ecología marina, la biogeoquímica y la evolución del fitoplancton. [27]Sin embargo, la relación de Redfield no es un valor universal y puede divergir debido a los cambios en la entrega de nutrientes exógenos [28] y los metabolismos microbianos en el océano, como la fijación de nitrógeno , la desnitrificación y el anammox .
La estequiometría dinámica mostrada en las algas unicelulares refleja su capacidad para almacenar nutrientes en un grupo interno, cambiar entre enzimas con diversos requerimientos de nutrientes y alterar la composición de osmolitos. [29] [30] Los diferentes componentes celulares tienen sus propias características de estequiometría únicas, [27] por ejemplo, las máquinas de adquisición de recursos (luz o nutrientes) como las proteínas y la clorofila contienen una alta concentración de nitrógeno pero un bajo contenido de fósforo. Mientras tanto, la maquinaria de crecimiento como el ARN ribosomal contiene altas concentraciones de nitrógeno y fósforo.
Según la asignación de recursos, el fitoplancton se clasifica en tres estrategias de crecimiento diferentes, a saber, supervivencia, bloomer [31] y generalista. El fitoplancton de supervivencia tiene una alta proporción de N: P (> 30) y contiene una gran cantidad de maquinaria de adquisición de recursos para sostener el crecimiento bajo recursos escasos. El fitoplancton Bloomer tiene una baja relación N: P (<10 adaptado="" alta="" contiene="" crecimiento="" de="" est="" exponencial.="" font="" maquinaria="" n="" nbsp="" para="" proporci="" un="" una="" y="">El fitoplancton generalista tiene una relación N: P similar a la de Redfield y contiene una maquinaria de crecimiento y adquisición de recursos relativamente igual.
Controversia ambiental [ editar ]
Un estudio de 2010 publicado en Nature informó que el fitoplancton marino había disminuido sustancialmente en los océanos del mundo durante el siglo pasado. Se estima que las concentraciones de fitoplancton en las aguas superficiales han disminuido en aproximadamente un 40% desde 1950, a una tasa de alrededor del 1% por año, posiblemente en respuesta al calentamiento del océano . [32] [33] El estudio generó un debate entre los científicos y llevó a varias comunicaciones y críticas, también publicadas en Nature . [34] [35] [35] [36]En un estudio de seguimiento de 2014, los autores utilizaron una base de datos más grande de mediciones y revisaron sus métodos de análisis para dar cuenta de varias de las críticas publicadas, pero finalmente llegaron a conclusiones similares al estudio original de Nature . [37] Estos estudios y la necesidad de comprender el fitoplancton en el océano llevaron a la creación del estudio de Ciencia del Ciudadano del Disco de Secchi en 2013. [38] El estudio del Disco de Secchi es un estudio global del fitoplancton realizado por marinos (marineros, pescadores, buzos) con un disco Secchi y una aplicación para smartphone.
Las estimaciones del cambio del fitoplancton oceánico son muy variables. Un estudio de productividad primaria de los océanos a nivel mundial encontró un aumento neto en el fitoplancton, según se juzga a partir de la clorofila medida , al comparar las observaciones en 1998-2002 con las realizadas durante una misión anterior en 1979-1986. [39] La clorofila es un pigmento fotosintético que se usa a menudo como un indicador de la biomasa de fitoplancton. Sin embargo, utilizando la misma base de datos de mediciones, otros estudios concluyeron que tanto la producción de clorofila como la producción primaria habían disminuido durante este mismo intervalo de tiempo. [40] [41] La fracción de CO 2 en el aire.a partir de las emisiones humanas, el porcentaje no secuestrado por la vida fotosintética en la tierra y el mar ni absorbido en los océanos abióticamente, ha sido casi constante durante el siglo pasado, y eso sugiere un límite superior moderado en cuanto a qué componente del ciclo del carbono es tan grande como El fitoplancton ha disminuido. [42] En el Atlántico nororiental, donde se dispone de una serie de datos de clorofila relativamente largos, y en el sitio de la encuesta del registrador de plancton continuo (RCP), se encontró un aumento neto de 1948 a 2002. [43] Durante 1998–2005, global La productividad primaria neta de los océanos aumentó en 1998, seguida por una disminución durante el resto de ese período, lo que produjo un pequeño aumento neto. [44]Utilizando seis simulaciones de modelos climáticos, un gran estudio multiuniversitario de ecosistemas oceánicos predijo "un aumento global en la producción primaria de 0.7% en el extremo bajo a 8.1% en el extremo superior", para 2050, aunque con "diferencias regionales muy grandes", incluyendo "una contracción del bioma marginal de hielo marino altamente productivo en un 42% en el hemisferio norte y un 17% en el hemisferio sur". [45] Un estudio multimodelo más reciente estimó que la producción primaria disminuiría en un 2 a 20% para el año 2100 dC [18] A pesar de la variación sustancial tanto en la magnitud como en el patrón de cambio espacial, la mayoría de los estudios publicados predicen que la biomasa de fitoplancton y / o la producción primaria disminuirá a lo largo del próximo siglo. [17] [46] [47] [48][49] [50] [51] [52] [53]
Investigadores del Instituto Oceanográfico Woods Hole han descubierto que el fitoplancton es una fuente importante de metanol ( CH
3 OH) en el océano en cantidades que podrían rivalizar o superar la producida en tierra. [54] [55]
3 OH) en el océano en cantidades que podrían rivalizar o superar la producida en tierra. [54] [55]
Distribución temporal del fitoplancton: la distribución temporal del fitoplancton se refiere a la ocurrencia temporal de un lugar anormal (que no se encuentra en el hábitat natural). Por ejemplo, durante la temporada de lluvias o durante las inundaciones, el plancton llega a tierra desde cualquier lago. Después de la temporada, el plancton vuelve a su hábitat natural con agua. A veces, cuando el agua se seca, el plancton muere en el lugar debido a la condición ambiental de Harash. Esta distribución temporal se llama distribución temporal.
Acuicultura [ editar ]
El fitoplancton es un alimento clave en la acuicultura y la maricultura . Ambos utilizan fitoplancton como alimento para los animales que están siendo cultivados. En la maricultura, el fitoplancton es natural y se introduce en recintos con la circulación normal del agua de mar. En acuicultura, el fitoplancton debe ser obtenido e introducido directamente. El plancton puede recolectarse de un cuerpo de agua o cultivarse, aunque el método anterior rara vez se usa. El fitoplancton se utiliza como alimento para la producción de rotíferos , [56] que a su vez se utilizan para alimentar a otros organismos. El fitoplancton también se usa para alimentar muchas variedades de moluscos acuícolas , incluyendo ostras de perlas yalmejas gigantes . Un estudio de 2018 estimó el valor nutricional del fitoplancton natural en términos de hidratos de carbono, proteínas y lípidos en todo el océano mundial utilizando datos del color del océano de los satélites, [57] y descubrió que el valor calorífico del fitoplancton varía considerablemente entre las diferentes regiones oceánicas y entre diferentes tiempo del año. [57] [58]
La producción de fitoplancton bajo condiciones artificiales es en sí misma una forma de acuicultura. El fitoplancton se cultiva para una variedad de propósitos, incluidos los alimentos para otros organismos acuícolas, [56] un suplemento nutricional para invertebrados cautivos en acuarios . Los tamaños de cultivo varían desde cultivos de laboratorio a pequeña escala de menos de 1L hasta varias decenas de miles de litros para la acuicultura comercial. [56] Independientemente del tamaño de la cultura, se deben proporcionar ciertas condiciones para el crecimiento eficiente del plancton. La mayoría del plancton cultivado es marino, y el agua de mar de una gravedad específicade 1.010 a 1.026 se puede usar como medio de cultivo. Esta agua debe esterilizarse , generalmente ya sea a altas temperaturas en un autoclave o por exposición a radiación ultravioleta, para prevenir la contaminación biológica del cultivo. Se añaden diversos fertilizantes al medio de cultivo para facilitar el crecimiento del plancton. Un cultivo debe ser aireado o agitado de alguna manera para mantener el plancton suspendido, así como para proporcionar dióxido de carbono disuelto para la fotosíntesis . Además de la aireación constante, la mayoría de los cultivos se mezclan manualmente o se agitan de forma regular. Debe proporcionarse luz para el crecimiento del fitoplancton. La temperatura del colorla iluminación debe ser de aproximadamente 6,500 K, pero los valores desde 4,000 K hasta más de 20,000 K se han utilizado con éxito. La duración de la exposición a la luz debe ser de aproximadamente 16 horas diarias; Esta es la duración del día artificial más eficiente.
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