Las profundidades del mar se definen en términos generales como la profundidad del océano donde la luz comienza a desvanecerse, a una profundidad aproximada de 200 m (660 pies) o el punto de transición de las plataformas continentales a los taludes continentales . [1] [2] Las condiciones dentro de las profundidades del mar son una combinación de bajas temperaturas, oscuridad y alta presión . [3] Las profundidades marinas se consideran el bioma terrestre menos explorado ya que las condiciones extremas dificultan el acceso y la exploración del entorno. [4]
Los organismos que viven en las profundidades del mar tienen una variedad de adaptaciones para sobrevivir en estas condiciones. [5] Los organismos pueden sobrevivir en las profundidades del mar a través de una serie de métodos de alimentación que incluyen la recolección de basura, la depredación y la filtración, y varios organismos sobreviven alimentándose de la nieve marina . [6] La nieve marina es material orgánico que ha caído desde aguas superiores a las profundidades del mar. [7]
En 1960, el batiscafo Trieste descendió al fondo de la Fosa de las Marianas cerca de Guam , a 10.911 m (35.797 pies; 6.780 millas), el lugar más profundo conocido en cualquier océano. Si el Monte Everest (8.848 mo 29.029 pies o 5.498 millas) estuviera sumergido allí, su pico estaría a más de 2 km (1,2 millas) debajo de la superficie. Después de que el Trieste fuera retirado, el vehículo operado a distancia (ROV) japonés Kaikō fue el único barco capaz de alcanzar esta profundidad hasta que se perdió en el mar en 2003. [8] En mayo y junio de 2009, el híbrido-ROV Nereus regresó a el Challenger Deep para una serie de tres inmersiones a profundidades superiores a los 10.900 m (35.800 pies; 6,8 millas).
La luz natural no penetra en las profundidades del océano, a excepción de las partes superiores del mesopelágico . Como la fotosíntesis no es posible, las plantas y el fitoplancton no pueden vivir en esta zona, y como estos son los principales productores de casi todos los ecosistemas de la Tierra, la vida en esta zona del océano debe depender de fuentes de energía de otros lugares. Excepto en las zonas cercanas a las fuentes hidrotermales, esta energía proviene de material orgánico que desciende de la zona fótica . El material orgánico que se hunde está compuesto de partículas de algas, detritos y otras formas de desechos biológicos, lo que se conoce colectivamente como nieve marina .
Debido a que la presión en el océano aumenta aproximadamente 1 atmósfera por cada 10 metros de profundidad, la cantidad de presión que experimentan muchos organismos marinos es extrema. Hasta hace poco, la comunidad científica carecía de información detallada sobre los efectos de la presión sobre la mayoría de los organismos de las profundidades marinas porque los especímenes encontrados llegaban a la superficie muertos o moribundos y no eran observables a las presiones a las que vivían. Con la llegada de trampas que incorporan una cámara especial para mantener la presión, se han recuperado de las profundidades marinas en buenas condiciones y sin daños, animales metazoarios más grandes. [ cita necesaria ]
La salinidad es notablemente constante en todas las profundidades del mar, alrededor de 35 partes por mil. [9] Existen algunas diferencias menores en la salinidad, pero ninguna que sea ecológicamente significativa, excepto en mares en gran parte sin salida al mar como el Mediterráneo y el Mar Rojo [ cita requerida ] .
Las dos zonas de mayor gradiente de temperatura en los océanos son la zona de transición entre las aguas superficiales y las aguas profundas, la termoclina, y la transición entre el fondo del mar profundo y los flujos de agua caliente en las fuentes hidrotermales. Las termoclinas varían en espesor desde unos pocos cientos de metros hasta casi mil metros. Debajo de la termoclina, la masa de agua de las profundidades del océano es fría y mucho más homogénea . Las termoclinas son más fuertes en los trópicos, donde la temperatura de la zona epipelágica suele superar los 20 °C. Desde la base del epipelágico, la temperatura desciende a lo largo de varios cientos de metros hasta 5 o 6 °C a 1.000 metros. Continúa disminuyendo hasta el fondo, pero el ritmo es mucho más lento. El agua fría proviene del hundimiento de aguas superficiales pesadas en las regiones polares . [9]
A cualquier profundidad dada, la temperatura es prácticamente invariable durante largos períodos de tiempo, sin cambios estacionales y con muy poca variabilidad interanual. Ningún otro hábitat en la Tierra tiene una temperatura tan constante. [10]
En los respiraderos hidrotermales, la temperatura del agua que emerge de las chimeneas de los "ahumadores negros" puede alcanzar los 400 °C (la alta presión hidrostática evita que hierva), mientras que a los pocos metros puede volver a bajar a 2 a 4°C. [11]
Las regiones debajo del epipelágico se dividen en zonas adicionales, comenzando con la zona batial (también considerada el talud continental ) que se extiende desde 200 a 3000 metros [12] bajo el nivel del mar y es esencialmente de transición, ya que contiene elementos tanto de la plataforma superior como del abismo. abajo. [13] Debajo de esta zona, las profundidades del mar consisten en la zona abisal que se encuentra entre las profundidades del océano de 3000 y 6000 metros [14] y la zona hadal (6000 – 11,000 metros). [15] [16] La comida consiste en materia orgánica que cae conocida como ' nieve marina ' y cadáveres derivados de la zona productiva de arriba, y es escasa tanto en términos de distribución espacial como temporal. [17]
En lugar de depender del gas para su flotabilidad, muchas especies de aguas profundas tienen una carne gelatinosa compuesta principalmente de glucosaminoglicanos , lo que les proporciona una densidad muy baja. También es común entre los calamares de aguas profundas combinar el tejido gelatinoso con una cámara de flotación llena de un fluido celómico compuesto por el producto de desecho metabólico cloruro de amonio , que es más liviano que el agua circundante. [ cita necesaria ]
Los peces de aguas medias tienen adaptaciones especiales para hacer frente a estas condiciones: son pequeños, por lo general miden menos de 25 centímetros (10 pulgadas); Tienen metabolismos lentos y dietas no especializadas, y prefieren sentarse y esperar la comida en lugar de desperdiciar energía buscándola. Tienen cuerpos alargados con músculos y estructuras esqueléticas débiles y acuosas . A menudo tienen mandíbulas extensibles con bisagras y dientes recurvados. Debido a la escasa distribución y la falta de luz, es difícil encontrar una pareja con la que reproducirse y muchos organismos son hermafroditas . [ cita necesaria ]
Debido a que la luz es tan escasa, los peces suelen tener ojos tubulares más grandes de lo normal, con sólo bastones . [18] [19] Su campo de visión ascendente les permite buscar la silueta de posibles presas. [20] Sin embargo, los peces de presa también tienen adaptaciones para hacer frente a la depredación . Estas adaptaciones se refieren principalmente a la reducción de siluetas, una forma de camuflaje . Los dos métodos principales mediante los cuales se logra esto son la reducción del área de sombra mediante la compresión lateral del cuerpo [21] y la contrailuminación mediante bioluminiscencia . [22] [19] Esto se logra mediante la producción de luz a partir de fotóforos ventrales , que tienden a producir tal intensidad de luz que hace que la parte inferior del pez tenga una apariencia similar a la luz de fondo. Para una visión más sensible en condiciones de poca luz , algunos peces tienen un retrorreflector detrás de la retina . [23] Los peces linterna tienen esta ventaja además de fotóforos , combinación que utilizan para detectar el brillo de ojos en otros peces (ver tapetum lucidum ). [24] [25]
Los organismos en las profundidades del mar dependen casi por completo de la materia orgánica viva y muerta que se hunde, que cae a aproximadamente 100 metros por día. [26] Además, sólo alrededor del 1 al 3% de la producción de la superficie llega al fondo del mar, principalmente en forma de nieve marina. También se producen caídas de alimentos de mayor tamaño, como cadáveres de ballenas , y los estudios han demostrado que pueden ocurrir con más frecuencia de lo que se cree actualmente. Hay muchos carroñeros que se alimentan principalmente o exclusivamente de grandes cantidades de comida y se estima que la distancia entre los cadáveres de ballenas es de sólo 8 kilómetros. [27] Además, hay una serie de filtradores que se alimentan de partículas orgánicas utilizando tentáculos, como Freyella elegans . [28]
Los bacteriófagos marinos desempeñan un papel importante en el ciclo de nutrientes en los sedimentos de aguas profundas. Son extremadamente abundantes (entre 5×10 12 y 1×10 13 fagos por metro cuadrado) en sedimentos de todo el mundo. [29]
A pesar de estar tan aislados, los organismos de las profundidades marinas todavía se han visto perjudicados por la interacción humana con los océanos. El Convenio de Londres [30] tiene como objetivo proteger el medio marino del vertimiento de desechos como lodos de depuradora [31] y desechos radiactivos . Un estudio encontró que en una región hubo una disminución en el coral de aguas profundas de 2007 a 2011, atribuyéndose la disminución al calentamiento global y la acidificación de los océanos , y se estimó que la biodiversidad se encontraba en los niveles más bajos en 58 años. [32] La acidificación de los océanos es particularmente dañina para los corales de aguas profundas porque están hechos de aragonita, un carbonato fácilmente soluble, y porque crecen particularmente lentamente y tardarán años en recuperarse. [33] La pesca de arrastre en aguas profundas también está dañando la biodiversidad al destruir hábitats de aguas profundas que pueden tardar años en formarse. [34] Otra actividad humana que ha alterado la biología de las profundidades marinas es la minería. Un estudio encontró que en un sitio minero las poblaciones de peces habían disminuido a los seis meses y a los tres años, y que después de veintiséis años las poblaciones habían regresado a los mismos niveles que antes de la perturbación. [35]
Hay varias especies que no dependen principalmente de la materia orgánica disuelta para su alimentación. Estas especies y comunidades se encuentran en respiraderos hidrotermales en zonas de expansión del fondo marino. [36] [37] Un ejemplo es la relación simbiótica entre el gusano tubular Riftia y las bacterias quimiosintéticas. [38] Es esta quimiosíntesis la que sustenta las comunidades complejas que se pueden encontrar alrededor de los respiraderos hidrotermales. Estas complejas comunidades son uno de los pocos ecosistemas del planeta que no dependen de la luz solar para su suministro de energía. [39]
Los peces de aguas profundas tienen diferentes adaptaciones en sus proteínas, estructuras anatómicas y sistemas metabólicos para sobrevivir en las profundidades marinas, donde los habitantes tienen que soportar grandes cantidades de presión hidrostática. Si bien otros factores como la disponibilidad de alimentos y la evitación de los depredadores son importantes, los organismos de las profundidades marinas deben tener la capacidad de mantener un sistema metabólico bien regulado frente a las altas presiones. [40] Para adaptarse al entorno extremo, estos organismos han desarrollado características únicas.
Las proteínas se ven muy afectadas por la elevada presión hidrostática, ya que sufren cambios en la organización del agua durante las reacciones de hidratación y deshidratación de los eventos de unión. Esto se debe al hecho de que la mayoría de las interacciones enzima-ligando se forman a través de interacciones cargadas o polares sin carga. Debido a que la presión hidrostática afecta tanto el plegamiento como el ensamblaje de proteínas y la actividad enzimática, las especies de aguas profundas deben someterse a adaptaciones fisiológicas y estructurales para preservar la funcionalidad de las proteínas contra la presión. [40] [41]
La actina es una proteína esencial para diferentes funciones celulares. La α-actina sirve como componente principal de la fibra muscular y está altamente conservada en numerosas especies diferentes. Algunos peces de aguas profundas desarrollaron tolerancia a la presión mediante el cambio en el mecanismo de su α-actina. En algunas especies que viven a profundidades superiores a los 5000 m, C.armatus y C.yaquinae tienen sustituciones específicas en los sitios activos de la α-actina, que sirve como componente principal de la fibra muscular. [42] Se predice que estas sustituciones específicas, Q137K y V54A de C.armatus o I67P de C.yaquinae, tendrán importancia en la tolerancia a la presión. [42] La sustitución en los sitios activos de actina da como resultado cambios significativos en los patrones de puentes salinos de la proteína, lo que permite una mejor estabilización en la unión de ATP y la disposición de las subunidades, confirmado por el análisis de energía libre y la simulación de dinámica molecular. [43] Se descubrió que los peces de aguas profundas tienen más puentes de sal en sus actinas en comparación con los peces que habitan las zonas superiores del mar. [42]
En relación con la sustitución de proteínas, se descubrió que osmolitos específicos abundaban en los peces de aguas profundas sometidos a alta presión hidrostática. Para ciertos condrichtianos , se encontró que el N-óxido de trimetilamina (TMAO) aumentaba con la profundidad, reemplazando a otros osmolitos y a la urea. [44] Debido a la capacidad del TMAO de proteger las proteínas de las proteínas desestabilizadoras de alta presión hidrostática, las funciones de ajuste de osmolitos son una adaptación importante para que los peces de aguas profundas resistan la alta presión hidrostática.
Los organismos de las profundidades marinas poseen adaptaciones moleculares para sobrevivir y prosperar en las profundidades de los océanos. El pez caracol Mariana hadal desarrolló una modificación en el gen de la osteocalcina ( arpillera ), donde se encontró una terminación prematura del gen. [41] El gen de la osteocalcina regula el desarrollo óseo y la mineralización del tejido, y la mutación del marco de lectura parece haber dado lugar a la formación de hueso a base de cartílago y cráneo abierto. [41] Debido a la alta presión hidrostática en las profundidades del mar, los cráneos cerrados que desarrollan los organismos que viven en la superficie no pueden soportar el estrés. De manera similar, los desarrollos óseos comunes que se observan en los vertebrados de superficie no pueden mantener su integridad estructural bajo una presión alta y constante. [41]
Se ha sugerido que se sabe más sobre la Luna que sobre las partes más profundas del océano. [45] Este es un error común basado en una declaración de 1953 de George ER Deacon publicada en el Journal of Navigation , y se refiere en gran medida a la escasa cantidad de batimetría del fondo marino disponible en ese momento. [46] La idea similar de que más personas han estado en la luna que en la parte más profunda del océano es igualmente problemática y peligrosa. [46]
Aún así, las profundidades marinas siguen siendo una de las regiones menos exploradas del planeta Tierra. [47] Las presiones incluso en el mesopelágico se vuelven demasiado grandes para los métodos de exploración tradicionales, lo que exige enfoques alternativos para la investigación en aguas profundas. Estaciones de cámaras con cebo, pequeños sumergibles tripulados y ROV ( vehículos operados a distancia ) son tres métodos utilizados para explorar las profundidades del océano. Debido a la dificultad y el costo de explorar esta zona, el conocimiento actual es limitado. La presión aumenta aproximadamente una atmósfera por cada 10 metros, lo que significa que algunas zonas de las profundidades del mar pueden alcanzar presiones superiores a las 1.000 atmósferas. Esto no sólo hace que sea muy difícil alcanzar grandes profundidades sin ayudas mecánicas, sino que también supone una dificultad significativa al intentar estudiar cualquier organismo que pueda vivir en estas áreas, ya que su química celular se adaptará a presiones tan grandes.
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