Una comunidad de aguas profundas es cualquier comunidad de organismos asociados por un hábitat compartido en las profundidades marinas . Las comunidades de aguas profundas permanecen en gran parte inexploradas, debido a los desafíos tecnológicos y logísticos y a los gastos que implica visitar este bioma remoto . Debido a los desafíos únicos (en particular, la alta presión barométrica , las temperaturas extremas y la ausencia de luz ), durante mucho tiempo se creyó que existía poca vida en este entorno hostil. Sin embargo, desde el siglo XIX, la investigación ha demostrado que existe una biodiversidad significativa en las profundidades marinas.
Las tres fuentes principales de energía y nutrientes para las comunidades de aguas profundas son la nieve marina , las caídas de ballenas y la quimiosíntesis en los respiraderos hidrotermales y las filtraciones frías .
Antes del siglo XIX, los científicos suponían que la vida era escasa en las profundidades oceánicas. En la década de 1870, Sir Charles Wyville Thomson y sus colegas a bordo de la expedición Challenger descubrieron muchas criaturas de aguas profundas de tipos muy variados.
El primer descubrimiento de una comunidad quimiosintética de aguas profundas, que incluye animales superiores, se produjo inesperadamente en los respiraderos hidrotermales del Océano Pacífico oriental durante exploraciones geológicas (Corliss et al., 1979). [1] Dos científicos, J. Corliss y J. van Andel, fueron los primeros en observar densos bancos de almejas quimiosintéticas desde el sumergible DSV Alvin el 17 de febrero de 1977, después de su descubrimiento inesperado utilizando un trineo con cámara remota dos días antes. [1]
El abismo Challenger es el punto más profundo estudiado de todos los océanos de la Tierra; se encuentra en el extremo sur de la fosa de las Marianas, cerca del grupo de las islas Marianas . La depresión recibe su nombre del HMS Challenger , cuyos investigadores realizaron los primeros registros de su profundidad el 23 de marzo de 1875 en la estación 225. La profundidad informada fue de 4475 brazas (8184 metros) según dos sondeos separados. En 1960, Don Walsh y Jacques Piccard descendieron al fondo del abismo Challenger en el batiscafo Trieste . A esta gran profundidad se vio un pequeño pez parecido a una platija alejándose del foco del batiscafo.
El vehículo de operación remota japonés (ROV) Kaiko se convirtió en el segundo buque en llegar al fondo del abismo Challenger en marzo de 1995. Nereus , un vehículo híbrido de operación remota (HROV) del Instituto Oceanográfico Woods Hole , es el único vehículo capaz de explorar profundidades oceánicas más allá de los 7000 metros. Nereus alcanzó una profundidad de 10 902 metros en el abismo Challenger el 31 de mayo de 2009. [2] [3] El 1 de junio de 2009, el mapeo sonar del abismo Challenger realizado por el sistema de batimetría sonar multihaz Simrad EM120 a bordo del R/V Kilo Moana indicó una profundidad máxima de 10 971 metros (6,817 millas). El sistema sonar utiliza detección de fondo de fase y amplitud , con una precisión mejor que el 0,2 % de la profundidad del agua (esto es un error de aproximadamente 22 metros a esta profundidad). [3] [4]
El océano puede ser conceptualizado como dividido en varias zonas , dependiendo de la profundidad y la presencia o ausencia de luz solar . Casi todas las formas de vida en el océano dependen de las actividades fotosintéticas del fitoplancton y otras plantas marinas para convertir el dióxido de carbono en carbono orgánico , que es el componente básico de la materia orgánica . La fotosíntesis, a su vez, requiere energía de la luz solar para impulsar las reacciones químicas que producen carbono orgánico. [5]
El estrato de la columna de agua hasta el cual penetra la luz solar se denomina zona fótica . La zona fótica se puede subdividir en dos regiones verticales diferentes. La porción superior de la zona fótica, donde hay luz adecuada para sustentar la fotosíntesis del fitoplancton y las plantas, se denomina zona eufótica (también denominada zona epipelágica o zona superficial ). [6] La porción inferior de la zona fótica, donde la intensidad de la luz es insuficiente para la fotosíntesis, se denomina zona disfótica (disfótica significa "mal iluminada" en griego). [7] La zona disfótica también se denomina zona mesopelágica o zona crepuscular . [8] Su límite más bajo está en una termoclina de 12 °C (54 °F), que, en los trópicos, generalmente se encuentra entre 200 y 1000 metros. [9]
La zona eufótica se define de forma algo arbitraria como la que se extiende desde la superficie hasta la profundidad donde la intensidad de la luz es aproximadamente el 0,1-1% de la irradiancia solar superficial , dependiendo de la estación , la latitud y el grado de turbidez del agua . [6] [7] En el agua oceánica más clara, la zona eufótica puede extenderse hasta una profundidad de unos 150 metros, [6] o, raramente, hasta 200 metros. [8] Las sustancias disueltas y las partículas sólidas absorben y dispersan la luz, y en las regiones costeras la alta concentración de estas sustancias hace que la luz se atenúe rápidamente con la profundidad. En tales áreas, la zona eufótica puede tener solo unas pocas decenas de metros de profundidad o menos. [6] [8] La zona disfótica, donde la intensidad de la luz es considerablemente menor al 1% de la irradiancia superficial, se extiende desde la base de la zona eufótica hasta unos 1000 metros. [9] Extendiéndose desde el fondo de la zona fótica hasta el lecho marino se encuentra la zona afótica , una región de oscuridad perpetua. [8] [9]
Dado que la profundidad media del océano es de unos 3688 metros, [10] la zona fótica representa sólo una pequeña fracción del volumen total del océano. Sin embargo, debido a su capacidad para la fotosíntesis, la zona fótica tiene la mayor biodiversidad y biomasa de todas las zonas oceánicas. Casi toda la producción primaria del océano se produce aquí. Cualquier forma de vida presente en la zona afótica debe ser capaz de moverse hacia arriba a través de la columna de agua hacia la zona fótica para alimentarse, o debe depender del material que se hunde desde arriba , [5] o debe encontrar otra fuente de energía y nutrición, como ocurre en las arqueas quimiosintéticas que se encuentran cerca de los respiraderos hidrotermales y las filtraciones frías .
Estos animales han evolucionado para sobrevivir a la presión extrema de las zonas subfóticas . La presión aumenta aproximadamente una atmósfera cada diez metros. Para hacer frente a la presión, muchos peces son bastante pequeños, por lo general no superan los 25 cm de longitud. Además, los científicos han descubierto que cuanto más profundas viven estas criaturas, más gelatinosa es su carne y más mínima su estructura esquelética. Estas criaturas también han eliminado todas las cavidades sobrantes que colapsarían bajo la presión, como las vejigas natatorias. [11]
La presión es el factor ambiental más importante que actúa sobre los organismos de las profundidades marinas. Aunque la mayor parte de las profundidades marinas se encuentran bajo presiones de entre 200 y 600 atm, el rango de presión oscila entre 20 y 1.000 atm. La presión desempeña un papel importante en la distribución de los organismos de las profundidades marinas. Hasta hace poco, no se disponía de información detallada sobre los efectos directos de la presión sobre la mayoría de los organismos de las profundidades marinas, porque prácticamente todos los organismos extraídos de las profundidades marinas llegaban a la superficie muertos o moribundos. Con la aparición de trampas que incorporan una cámara especial para mantener la presión, se han recuperado de las profundidades marinas animales metazoarios de mayor tamaño que no han sufrido daños y se encuentran en buenas condiciones. Algunos de ellos se han conservado con fines experimentales y estamos obteniendo más conocimientos sobre los efectos biológicos de la presión.
Las dos zonas de mayor y más rápido cambio 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 marino 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. Por debajo de la termoclina, la masa de agua del océano profundo es fría y mucho más homogénea. Las termoclinas son más fuertes en los trópicos, donde la temperatura de la zona epipelágica suele ser superior a 20 °C. Desde la base de la epipelágica, 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 a un ritmo mucho más lento. Por debajo de los 3.000 a 4.000 m, el agua es isotérmica . A cualquier profundidad dada, la temperatura es prácticamente invariable durante largos períodos de tiempo. No hay cambios de temperatura estacionales ni anuales. Ningún otro hábitat en la Tierra tiene una temperatura tan constante.
Las fuentes hidrotermales son el contraste directo con la temperatura constante. En estos sistemas, la temperatura del agua que emerge de las chimeneas de los “fumadores negros” puede alcanzar los 400 °C (la alta presión hidrostática evita que hierva), mientras que a pocos metros puede volver a bajar a entre 2 y 4 °C. [12]
La salinidad es constante en todas las profundidades del mar. Existen dos excepciones notables a esta regla:
El mar profundo , o capa profunda, es la capa más baja del océano, que existe debajo de la termoclina, a una profundidad de 1000 brazas (1800 m) o más. La parte más profunda del mar profundo es la fosa de las Marianas, ubicada en el Pacífico Norte occidental. También es el punto más profundo de la corteza terrestre. Tiene una profundidad máxima de unos 10,9 km, que es más profunda que la altura del monte Everest . En 1960, Don Walsh y Jacques Piccard llegaron al fondo de la fosa de las Marianas en el batiscafo de Trieste . La presión es de aproximadamente 11.318 toneladas métricas-fuerza por metro cuadrado (110,99 MPa o 16.100 psi ).
La zona mesopelágica es la sección superior de la zona intermedia y se extiende desde los 200 a los 1000 metros (660 a 3280 pies) por debajo del nivel del mar . Esta zona se conoce coloquialmente como la "zona crepuscular", ya que la luz todavía puede penetrar esta capa, pero es demasiado baja para permitir la fotosíntesis. Sin embargo, la cantidad limitada de luz todavía puede permitir que los organismos vean, y las criaturas con una visión sensible pueden detectar presas, comunicarse y orientarse utilizando su vista. Los organismos en esta capa tienen ojos grandes para maximizar la cantidad de luz en el entorno. [18]
La mayoría de los peces mesopelágicos realizan migraciones verticales diarias , desplazándose por la noche hacia la zona epipelágica, a menudo siguiendo migraciones similares de zooplancton, y regresando a las profundidades para ponerse a salvo durante el día. [19] [20] : 585 Estas migraciones verticales a menudo ocurren a lo largo de grandes distancias verticales y se llevan a cabo con la ayuda de una vejiga natatoria . La vejiga natatoria se infla cuando el pez quiere ascender y, dadas las altas presiones en la zona mesopelágica, esto requiere una energía significativa. A medida que el pez asciende, la presión en la vejiga natatoria debe ajustarse para evitar que explote. Cuando el pez quiere regresar a las profundidades, la vejiga natatoria se desinfla. [21] Algunos peces mesopelágicos realizan migraciones diarias a través de la termoclina , donde la temperatura varía entre 10 y 20 °C (18 y 36 °F), mostrando así una tolerancia considerable a los cambios de temperatura. [20] : 590
Los peces mesopelágicos suelen carecer de espinas defensivas y utilizan el color y la bioluminiscencia para camuflarse de otros peces. Los depredadores de emboscada son oscuros, negros o rojos. Dado que las longitudes de onda de luz más largas, rojas, no llegan a las profundidades marinas, el rojo funciona de manera efectiva igual que el negro. Las formas migratorias utilizan colores plateados con contrasombreados . En sus vientres, a menudo presentan fotóforos que producen luz de baja calidad. Para un depredador desde abajo, mirando hacia arriba, esta bioluminiscencia camufla la silueta del pez. Sin embargo, algunos de estos depredadores tienen lentes amarillas que filtran la luz ambiental (deficiente en rojo), dejando visible la bioluminiscencia. [22]
La zona batial es la sección inferior de la zona intermedia y abarca las profundidades de 1.000 a 4.000 metros (3.300 a 13.100 pies). [23] La luz no llega a esta zona, lo que le da su apodo de "zona de medianoche"; debido a la falta de luz, está menos densamente poblada que la zona epipelágica, a pesar de ser mucho más grande. [24] A los peces les resulta difícil vivir en esta zona, ya que hay una presión aplastante, temperaturas frías de 4 °C (39 °F), un bajo nivel de oxígeno disuelto y una falta de nutrientes suficientes. [20] : 585 La poca energía disponible en la zona batipelágica se filtra desde arriba en forma de detritos, material fecal y, ocasionalmente, peces invertebrados o mesopelágicos. [20] : 594 Alrededor del 20% del alimento que tiene su origen en la zona epipelágica cae a la zona mesopelágica, pero solo alrededor del 5% se filtra a la zona batipelágica. [25] Los peces que viven allí pueden haber reducido o perdido completamente sus branquias, riñones, corazones y vejigas natatorias, tienen piel viscosa en lugar de escamosa y tienen una constitución esquelética y muscular débil. [20] : 587 Esta falta de osificación es una adaptación para ahorrar energía cuando el alimento escasea. [26] La mayoría de los animales que viven en la zona batial son invertebrados como esponjas marinas , cefalópodos y equinodermos . Con la excepción de áreas muy profundas del océano, la zona batial generalmente alcanza la zona bentónica en el fondo marino . [24]
La zona abisal permanece en perpetua oscuridad a una profundidad de 4.000 a 6.000 metros (13.000 a 20.000 pies). [23] Los únicos organismos que habitan esta zona son quimiótrofos y depredadores que pueden soportar inmensas presiones, a veces tan altas como 76 megapascales (750 atm; 11.000 psi). La zona hadal (nombrada en honor a Hades , el dios griego del inframundo) es una zona designada para las fosas más profundas del mundo, alcanzando profundidades inferiores a 6.000 metros (20.000 pies). El punto más profundo de la zona hadal es la Fosa de las Marianas , que desciende a 10.911 metros (35.797 pies) y tiene una presión de 110 megapascales (1.100 atm; 16.000 psi). [27] [28] [29]
La zona fótica superior del océano está llena de materia orgánica particulada (MOP), especialmente en las zonas costeras y las zonas de surgencia. Sin embargo, la mayor parte de la MOP es pequeña y liviana. Estas partículas pueden tardar cientos o incluso miles de años en sedimentarse a través de la columna de agua hasta las profundidades del océano. Este lapso de tiempo es suficiente para que las partículas se remineralicen y sean absorbidas por los organismos de la red alimentaria .
En las profundidades del Mar de los Sargazos , los científicos del Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI) encontraron lo que se conoció como nieve marina , en la que los POM se reempaquetan en partículas mucho más grandes que se hunden a una velocidad mucho mayor, cayendo como nieve. [30]
Debido a la escasez de alimento, los organismos que viven sobre y en el fondo son generalmente oportunistas. Tienen adaptaciones especiales para este ambiente extremo: crecimiento rápido, mecanismo eficaz de dispersión de larvas y la capacidad de utilizar un recurso alimenticio "transitorio". Un ejemplo típico son los bivalvos perforadores de madera , que perforan la madera y otros restos vegetales y se alimentan de la materia orgánica de los restos.
En ocasiones, el acceso repentino a nutrientes cerca de la superficie da lugar a floraciones de plancton, algas o animales como las salpas , que se vuelven tan numerosas que se hundirán hasta el fondo sin ser consumidas por otros organismos. Estas breves ráfagas de nutrientes que llegan al fondo marino pueden superar años de nieve marina y son rápidamente consumidas por animales y microbios. Los productos de desecho pasan a formar parte de los sedimentos de las profundidades marinas y son reciclados por animales y microbios que se alimentan de lodo durante años. [31]
Para el ecosistema de las profundidades marinas, la muerte de una ballena es el acontecimiento más importante. Una ballena muerta puede arrastrar cientos de toneladas de materia orgánica al fondo. La comunidad de ballenas muertas pasa por tres etapas: [32]
Los respiraderos hidrotermales fueron descubiertos en 1977 por científicos del Instituto Scripps de Oceanografía. Hasta ahora, todos los respiraderos hidrotermales descubiertos se encuentran en los límites de las placas: Pacífico oriental, California, dorsal mesoatlántica, China y Japón.
En regiones como la dorsal mesoatlántica se está formando material nuevo en las cuencas oceánicas a medida que las placas tectónicas se alejan unas de otras. La velocidad de expansión de las placas es de 1 a 5 cm/año. El agua fría del mar circula a través de las grietas entre dos placas y se calienta al pasar por la roca caliente. Los minerales y los sulfuros se disuelven en el agua durante la interacción con la roca. Finalmente, las soluciones calientes emanan de una grieta activa bajo el fondo marino, creando un respiradero hidrotermal.
La quimiosíntesis de las bacterias proporciona energía y materia orgánica para toda la cadena alimentaria en los ecosistemas de los respiraderos. Estos respiraderos arrojan grandes cantidades de sustancias químicas, que estas bacterias pueden transformar en energía. Estas bacterias también pueden crecer sin un huésped y crear esteras de bacterias en el fondo marino alrededor de los respiraderos hidrotermales, donde sirven de alimento a otras criaturas. Las bacterias son una fuente de energía clave en la cadena alimentaria. Esta fuente de energía crea grandes poblaciones en áreas alrededor de los respiraderos hidrotermales, lo que proporciona a los científicos una parada fácil para la investigación. Los organismos también pueden utilizar la quimiosíntesis para atraer presas o para atraer a una pareja. [34] Los gusanos tubícolas gigantes pueden crecer hasta 2,4 m (7 pies 10 pulgadas) de altura debido a la riqueza de nutrientes. Se han descubierto más de 300 nuevas especies en los respiraderos hidrotermales. [35]
Los respiraderos hidrotermales son ecosistemas enteros independientes de la luz solar y pueden ser la primera evidencia de que la Tierra puede sustentar vida sin el sol.
Una filtración fría (a veces llamada ventilación fría) es un área del fondo del océano donde se producen filtraciones de sulfuro de hidrógeno , metano y otros fluidos ricos en hidrocarburos , a menudo en forma de un charco de salmuera .
Las redes alimentarias de las profundidades marinas son complejas y algunos aspectos del sistema no se comprenden bien. Normalmente, las interacciones depredador-presa en las profundidades se recopilan mediante observación directa (probablemente desde vehículos submarinos operados a distancia ), análisis del contenido estomacal y análisis bioquímicos. El análisis del contenido estomacal es el método más común, pero no es confiable para algunas especies. [36]
En los ecosistemas pelágicos de aguas profundas frente a California, la red trófica está dominada por peces de aguas profundas , cefalópodos , zooplancton gelatinoso y crustáceos . Entre 1991 y 2016, 242 relaciones alimentarias únicas entre 166 especies de depredadores y presas demostraron que el zooplancton gelatinoso tiene un impacto ecológico similar al de los peces grandes y los calamares. Narcomedusae , sifonóforos (de la familia Physonectae ), ctenóforos y cefalópodos consumieron la mayor diversidad de presas, en orden decreciente. [36] Se ha documentado canibalismo en calamares del género Gonatus . [37]
La minería en aguas profundas tiene graves consecuencias para los ecosistemas oceánicos. La destrucción de hábitats, la alteración de las capas de sedimentos y la contaminación acústica amenazan a las especies marinas. [38] Se puede perder una biodiversidad esencial, con efectos impredecibles en la cadena alimentaria. Además, pueden liberarse metales y sustancias químicas tóxicas, lo que provoca una contaminación a largo plazo del agua de mar. [39] Esto plantea interrogantes sobre la sostenibilidad y los costos ambientales de dichas actividades.
Los seres humanos han explorado menos del 4% del fondo oceánico y en cada inmersión se descubren docenas de nuevas especies de criaturas de las profundidades marinas. El submarino DSV Alvin , propiedad de la Armada de Estados Unidos y operado por el Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI) en Woods Hole, Massachusetts, es un ejemplo del tipo de embarcación que se utiliza para explorar las aguas profundas. Este submarino de 16 toneladas puede soportar presiones extremas y es fácilmente maniobrable a pesar de su peso y tamaño.
La diferencia extrema de presión entre el fondo marino y la superficie hace que la supervivencia de las criaturas en la superficie sea casi imposible, lo que dificulta la investigación en profundidad porque la mayor parte de la información útil solo se puede encontrar mientras las criaturas están vivas. Los avances recientes han permitido a los científicos observar a estas criaturas más de cerca y durante más tiempo. El biólogo marino Jeffery Drazen ha explorado una solución: una trampa para peces presurizada. Esta captura una criatura de aguas profundas y ajusta su presión interna lentamente al nivel de la superficie a medida que la criatura es llevada a la superficie, con la esperanza de que la criatura pueda adaptarse. [40]
Otro equipo científico, de la Universidad Pierre-et-Marie-Curie , ha desarrollado un dispositivo de captura, denominado PERISCOP , que mantiene la presión del agua a medida que asciende, manteniendo así las muestras en un entorno presurizado durante el ascenso. Esto permite estudiarlas de cerca en la superficie sin que ninguna perturbación de presión afecte a la muestra. [41]
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