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Bosque de algas

Los bosques de algas son áreas submarinas con una alta densidad de algas , que cubren una gran parte de las costas del mundo. Las áreas más pequeñas de algas ancladas se denominan bancos de algas . Se reconocen como uno de los ecosistemas más productivos y dinámicos de la Tierra. [1] [2] Aunque los bosques de algas de algas combinados con arrecifes de coral solo cubren el 0,1% de la superficie total de la Tierra, representan el 0,9% de la productividad primaria global . [3] Los bosques de algas se encuentran en todo el mundo a lo largo de los océanos costeros templados y polares . [1] En 2007, también se descubrieron bosques de algas en aguas tropicales cerca de Ecuador . [4]

Distribución mundial de los bosques de algas

"Sólo puedo comparar estos grandes bosques acuáticos... con los terrestres de las regiones intertropicales. Sin embargo, si en cualquier país se destruyera un bosque, no creo que perecerían tantas especies de animales como aquí, a causa de la destrucción de las algas marinas. Entre las hojas de esta planta viven numerosas especies de peces, que en ningún otro lugar podrían encontrar alimento o refugio; con su destrucción, los numerosos cormoranes y otras aves pescadoras, las nutrias, las focas y las marsopas, pronto perecerían también; y, por último, los fueguinos... disminuirían en número y tal vez dejarían de existir.

– Charles Darwin , 1 de junio de 1834, Tierra del Fuego, Chile [5]

Los bosques de algas marinas, formados físicamente por macroalgas pardas , proporcionan un hábitat único para los organismos marinos [6] y son una fuente para comprender muchos procesos ecológicos. Durante el último siglo, han sido el foco de una amplia investigación, en particular en ecología trófica , y siguen provocando ideas importantes que son relevantes más allá de este ecosistema único. Por ejemplo, los bosques de algas marinas pueden influir en los patrones oceanográficos costeros [7] y proporcionar muchos servicios ecosistémicos . [8]

Sin embargo, la influencia de los seres humanos ha contribuido a menudo a la degradación de los bosques de algas . De particular preocupación son los efectos de la sobrepesca en los ecosistemas costeros, que puede liberar a los herbívoros de su regulación normal de la población y dar lugar al pastoreo excesivo de algas y otras algas. [9] Esto puede dar lugar rápidamente a transiciones a paisajes áridos donde persisten relativamente pocas especies. [10] [11] Ya debido a los efectos combinados de la sobrepesca y el cambio climático , [12] los bosques de algas prácticamente han desaparecido en muchos lugares especialmente vulnerables, como la costa este de Tasmania y la costa del norte de California . [13] [14] La implementación de áreas marinas protegidas es una estrategia de gestión útil para abordar estos problemas, ya que puede limitar los impactos de la pesca y proteger el ecosistema de los efectos aditivos de otros factores de estrés ambiental.

Quelpo

El término kelp se refiere a las algas marinas pertenecientes al orden Laminariales (filo: Ochrophyta ). Aunque no se consideran un orden taxonómicamente diverso, los kelps son muy diversos estructural y funcionalmente. [8] Las especies más reconocidas son los kelps gigantes ( Macrocystis spp.), aunque se describen numerosos otros géneros como Laminaria , Ecklonia , Lessonia , Nereocystis , Alaria y Eisenia .

Una amplia gama de vida marina utiliza los bosques de algas para protegerse o alimentarse, incluidos los peces. En los bosques de algas del Pacífico Norte, en particular los peces roca , y muchos invertebrados , como anfípodos , camarones , caracoles marinos , gusanos poliquetos y estrellas de mar . También se encuentran muchos mamíferos y aves marinas, incluidas focas, leones marinos, ballenas, nutrias marinas , gaviotas, charranes, garcetas níveas , garzas azules y cormoranes, así como algunas aves costeras. [15]

Consideradas frecuentemente como ingenieros de ecosistemas , las algas marinas proporcionan un sustrato físico y un hábitat para las comunidades de bosques de algas marinas. [16] En las algas (reino Protista ), el cuerpo de un organismo individual se conoce como talo en lugar de como planta (reino Plantae ). La estructura morfológica de un talo de algas marinas se define por tres unidades estructurales básicas: [10]

Además, muchas especies de algas marinas tienen neumatocistos , o vejigas llenas de gas, generalmente ubicados en la base de las frondas cerca del estípite. Estas estructuras proporcionan la flotabilidad necesaria para que las algas marinas mantengan una posición vertical en la columna de agua.

Los factores ambientales necesarios para que las algas marinas sobrevivan incluyen un sustrato duro (generalmente roca o arena), altos niveles de nutrientes (p. ej., nitrógeno, fósforo) y luz ( dosis de irradiancia anual mínima > 50 E m −2 [17] ). Los bosques de algas marinas especialmente productivos tienden a estar asociados con áreas de afloramiento oceanográfico significativo , un proceso que entrega agua fría y rica en nutrientes desde la profundidad hasta la capa superficial mixta del océano . [17] El flujo de agua y la turbulencia facilitan la asimilación de nutrientes a través de las frondas de algas marinas en toda la columna de agua. [18] La claridad del agua afecta la profundidad a la que se puede transmitir suficiente luz. En condiciones ideales, las algas marinas gigantes ( Macrocystis spp.) pueden crecer hasta 30–60 cm verticalmente por día. Algunas especies, como Nereocystis , son anuales , mientras que otras como Eisenia son perennes y viven más de 20 años. [19] En los bosques de algas perennes, las tasas máximas de crecimiento ocurren durante los meses de surgencia (normalmente primavera y verano) y las muertes regresivas corresponden a una menor disponibilidad de nutrientes, fotoperíodos más cortos y una mayor frecuencia de tormentas. [10]

Las algas marinas se asocian principalmente con aguas templadas y árticas en todo el mundo. De los géneros más dominantes, Laminaria se asocia principalmente con ambos lados del océano Atlántico y las costas de China y Japón ; Ecklonia se encuentra en Australia , Nueva Zelanda y Sudáfrica ; y Macrocystis se encuentra en todo el noreste y sureste del océano Pacífico , los archipiélagos del océano Austral y en parches alrededor de Australia, Nueva Zelanda y Sudáfrica. [10] La región con la mayor diversidad de algas marinas (>20 especies) es el noreste del Pacífico, desde el norte de San Francisco, California , hasta las islas Aleutianas , Alaska.

Aunque los bosques de algas marinas son desconocidos en las aguas superficiales tropicales, se sabe que unas pocas especies de Laminaria se encuentran exclusivamente en aguas profundas tropicales. [20] [21] Se cree que esta ausencia general de algas marinas en los trópicos se debe principalmente a los niveles insuficientes de nutrientes asociados con las aguas cálidas y oligotróficas . [10] Un estudio reciente superpuso espacialmente los parámetros físicos necesarios para las algas marinas con las condiciones oceanográficas medias y produjo un modelo que predice la existencia de algas marinas subsuperficiales en todos los trópicos del mundo hasta profundidades de 200 m (660 pies). Para un punto crítico en las Islas Galápagos , el modelo local se mejoró con datos a escala fina y se probó; el equipo de investigación encontró bosques de algas marinas prósperos en los ocho sitios muestreados, todos los cuales habían sido predichos por el modelo, validando así su enfoque. Esto sugiere que su modelo global podría ser bastante preciso y, de ser así, los bosques de algas marinas serían prolíficos en las aguas subsuperficiales tropicales de todo el mundo. [4] La importancia de esta contribución ha sido rápidamente reconocida dentro de la comunidad científica y ha impulsado una trayectoria completamente nueva en la investigación de los bosques de algas, destacando el potencial de estos bosques para proporcionar refugio espacial a los organismos marinos en el contexto del cambio climático y brindando posibles explicaciones para los patrones evolutivos de las algas en todo el mundo. [22]

Arquitectura del ecosistema

Peces roca nadando alrededor de algas gigantes
Un buceador en un bosque de algas marinas frente a la costa de California
Un bosque de algas marinas frente a la costa de la isla Anacapa, California
Las algas gigantes utilizan flotadores llenos de gas para mantener el talo suspendido, lo que permite que las hojas de las algas cercanas a la superficie del océano capturen luz para la fotosíntesis.

La arquitectura de un ecosistema de bosque de algas se basa en su estructura física, que influye en las especies asociadas que definen la estructura de su comunidad. Estructuralmente, el ecosistema incluye tres gremios de algas y dos gremios ocupados por otras algas: [10]

En un bosque suelen coexistir varias especies de algas marinas; el término dosel del sotobosque se refiere a las algas estipitadas y postradas. Por ejemplo, un dosel de Macrocystis puede extenderse muchos metros por encima del fondo marino hacia la superficie del océano, mientras que un sotobosque de las algas Eisenia y Pterygophora llega hasta arriba solo unos pocos metros. Debajo de estas algas marinas, puede haber un conjunto bentónico de algas rojas foliosas. La densa infraestructura vertical con un dosel suprayacente forma un sistema de microambientes similar a los observados en un bosque terrestre, con una región de dosel soleada, un medio parcialmente sombreado y un fondo marino oscurecido. [10] Cada gremio tiene organismos asociados, que varían en sus niveles de dependencia del hábitat, y el conjunto de estos organismos puede variar con las morfologías de las algas marinas. [23] [24] [25] Por ejemplo, en California, los bosques de Macrocystis pyrifera , el nudibranquio Melibe leonina y el camarón esqueleto Caprella californica están estrechamente asociados con los doseles superficiales; la perca de algas Brachyistius frenatus , el pez roca Sebastes spp. y muchos otros peces se encuentran dentro del sotobosque estipitado; las estrellas frágiles y los caracoles turbante Tegula spp. están estrechamente asociados con el dosel de algas, mientras que varios herbívoros, como los erizos de mar y las abulones, viven bajo el dosel postrado; muchas estrellas de mar, hidroides y peces bentónicos viven entre los ensamblajes bentónicos; corales solitarios, varios gasterópodos y equinodermos viven sobre las algas coralinas incrustantes. [23] Además, los peces pelágicos y los mamíferos marinos están vagamente asociados con los bosques de algas, generalmente interactuando cerca de los bordes cuando los visitan para alimentarse de los organismos residentes.

Ecología trófica

Los erizos de mar, como este erizo de mar morado, pueden dañar los bosques de algas marinas al masticar las sujeciones de las mismas.
La nutria marina es un importante depredador de los erizos de mar.
El caracol de cabeza enjoyada Calliostoma annulatum pastando en una hoja de alga gigante

Los estudios clásicos en ecología de bosques de algas se han centrado en gran medida en las interacciones tróficas (las relaciones entre los organismos y sus redes alimentarias ), particularmente en la comprensión de los procesos tróficos de arriba hacia abajo. Los procesos de abajo hacia arriba generalmente son impulsados ​​por las condiciones abióticas requeridas para que los productores primarios crezcan, como la disponibilidad de luz y nutrientes, y la posterior transferencia de energía a los consumidores en niveles tróficos superiores. Por ejemplo, la aparición de algas marinas se correlaciona frecuentemente con zonas de afloramiento oceanográfico, que proporcionan concentraciones inusualmente altas de nutrientes al medio ambiente local. [26] [27] Esto permite que las algas marinas crezcan y posteriormente sustenten a los herbívoros, que a su vez sustentan a los consumidores en niveles tróficos superiores . [28] Por el contrario, en los procesos de arriba hacia abajo, los depredadores limitan la biomasa de las especies en niveles tróficos inferiores a través del consumo. En ausencia de depredación, estas especies de nivel inferior prosperan porque los recursos que sustentan sus requisitos energéticos no son limitantes. En un ejemplo bien estudiado de los bosques de algas de Alaska, [29] las nutrias marinas ( Enhydra lutris ) controlan las poblaciones de erizos de mar herbívoros a través de la depredación. Cuando las nutrias marinas son eliminadas del ecosistema (por ejemplo, por la explotación humana), las poblaciones de erizos se liberan del control depredador y crecen drásticamente. Esto conduce a una mayor presión herbívora sobre las masas locales de algas. El deterioro de las propias algas da como resultado la pérdida de la estructura física del ecosistema y, posteriormente, la pérdida de otras especies asociadas con este hábitat. En los ecosistemas de bosques de algas de Alaska, las nutrias marinas son la especie clave que media esta cascada trófica . En el sur de California, los bosques de algas persisten sin nutrias marinas y el control de los erizos herbívoros está mediado en cambio por un conjunto de depredadores que incluyen langostas y peces grandes, como el sargo de California . El efecto de eliminar una especie depredadora en este sistema difiere de Alaska porque existe redundancia en los niveles tróficos y otras especies depredadoras pueden continuar regulando a los erizos. [24] Sin embargo, la eliminación de múltiples depredadores puede liberar eficazmente a los erizos de la presión depredadora y permitir que el sistema siga trayectorias hacia la degradación de los bosques de algas. [30] Existen ejemplos similares en Nueva Escocia , [31] Sudáfrica, [32] Australia, [33] y Chile. [34]La importancia relativa del control de arriba hacia abajo frente al control de abajo hacia arriba en los ecosistemas de bosques de algas y la fortaleza de las interacciones tróficas siguen siendo objeto de considerable investigación científica. [35] [36] [37]

La transición de macroalgas (es decir, bosques de algas) a paisajes denudados dominados por erizos de mar (o " barrens de erizos ") es un fenómeno generalizado, [8] [38] [39] [40] [41] a menudo resultante de cascadas tróficas como las descritas anteriormente; las dos fases se consideran estados estables alternativos del ecosistema. [42] [43] [44] La recuperación de los bosques de algas desde estados estériles se ha documentado después de perturbaciones dramáticas, como la enfermedad de los erizos o grandes cambios en las condiciones térmicas. [30] [45] [46] La recuperación de estados intermedios de deterioro es menos predecible y depende de una combinación de factores abióticos e interacciones bióticas en cada caso.

Aunque los erizos de mar son generalmente los herbívoros dominantes, otros con importantes interacciones son las estrellas de mar , los isópodos , los cangrejos de algas y los peces herbívoros . [10] [35] En muchos casos, estos organismos se alimentan de algas que se han desprendido del sustrato y flotan cerca del fondo del océano en lugar de gastar energía buscando talos intactos de los que alimentarse. Cuando hay suficiente alga a la deriva disponible, los herbívoros no ejercen presión sobre los talos adheridos; cuando no hay subsidios a la deriva, los herbívoros impactan directamente en la estructura física del ecosistema. [47] [48] Muchos estudios en el sur de California han demostrado que la disponibilidad de algas a la deriva influye específicamente en el comportamiento de alimentación de los erizos de mar. [49] [50] Las algas a la deriva y la materia particulada derivada de las algas también han sido importantes para subsidiar hábitats adyacentes, como playas arenosas y el intermareal rocoso. [51] [52] [53]

Dinámica de parches

Otra área importante de la investigación sobre los bosques de algas marinas se ha centrado en comprender los patrones espacio-temporales de las áreas de algas marinas. Estas dinámicas no solo afectan al paisaje físico, sino que también afectan a las especies que se asocian con las algas marinas para refugiarse o buscar alimento. [23] [28] Las perturbaciones ambientales a gran escala han ofrecido información importante sobre los mecanismos y la resiliencia de los ecosistemas . Algunos ejemplos de perturbaciones ambientales son:

Además de la vigilancia ecológica de los bosques de algas antes, durante y después de tales perturbaciones, los científicos intentan desentrañar las complejidades de la dinámica de los bosques de algas mediante manipulaciones experimentales. Al trabajar en escalas espacio-temporales más pequeñas, pueden controlar la presencia o ausencia de factores bióticos y abióticos específicos para descubrir los mecanismos operativos. Por ejemplo, en el sur de Australia, las manipulaciones de los tipos de dosel de algas demostraron que la cantidad relativa de Ecklonia radiata en un dosel podía utilizarse para predecir los conjuntos de especies del sotobosque; en consecuencia, la proporción de E. radiata puede utilizarse como indicador de la presencia de otras especies en el entorno. [64]

Uso humano

Un buceador mide el crecimiento de las algas marinas

Los bosques de algas han sido importantes para la existencia humana durante miles de años. [65] De hecho, muchos teorizan ahora que la primera colonización de las Américas se debió a las comunidades pesqueras que siguieron los bosques de algas del Pacífico durante la última edad de hielo. Una teoría sostiene que los bosques de algas que se habrían extendido desde el noreste de Asia hasta la costa del Pacífico americano habrían proporcionado muchos beneficios a los antiguos navegantes [66]. Los bosques de algas habrían proporcionado muchas oportunidades de sustento, además de actuar como una especie de amortiguador de las aguas turbulentas. Además de estos beneficios, los investigadores creen que los bosques de algas podrían haber ayudado a los primeros navegantes a navegar, actuando como una especie de "autopista de algas". Los teóricos también sugieren que los bosques de algas habrían ayudado a estos antiguos colonos al proporcionarles un modo de vida estable y evitar que tuvieran que adaptarse a nuevos ecosistemas y desarrollar nuevos métodos de supervivencia incluso mientras viajaban miles de kilómetros. [67]

Las economías modernas se basan en la pesca de especies asociadas a las algas marinas, como la langosta y el pez roca. Los seres humanos también pueden cosechar algas marinas directamente para alimentar a especies de acuicultura como la abulón y para extraer el compuesto ácido algínico , que se utiliza en productos como la pasta de dientes y los antiácidos. [68] [69] Los bosques de algas marinas son valorados por actividades recreativas como el buceo y el kayak ; las industrias que apoyan estos deportes representan un beneficio relacionado con el ecosistema y el disfrute derivado de estas actividades representa otro. Todos estos son ejemplos de servicios ecosistémicos proporcionados específicamente por los bosques de algas marinas. El acuario de la Bahía de Monterey fue el primer acuario [70] en exhibir un bosque de algas marinas vivas.

Como secuestradores de carbono

Los bosques de algas crecen en lugares rocosos a lo largo de la costa que se erosionan constantemente y llevan material a las profundidades del mar. Luego, las algas se hunden hasta el fondo del océano y almacenan el carbono donde es poco probable que sea alterado por la actividad humana. [71] Los investigadores de la Universidad de Australia Occidental estimaron que los bosques de algas alrededor de Australia secuestran entre 1,3 y 2,8 teragramos de carbono por año, lo que representa el 27-34% del carbono azul anual total secuestrado en el continente australiano por marismas , bosques de manglares y praderas marinas . [72] Cada año, 200 millones de toneladas de dióxido de carbono son secuestradas por macroalgas como las algas. [73]

Amenazas y gestión

El nudibranquio Melibe leonina en una fronda de Macrocystis (California): Las áreas marinas protegidas son una forma de proteger los bosques de algas como ecosistema.

Dada la complejidad de los bosques de algas marinas (su estructura, geografía e interacciones variables), plantean un desafío considerable a los administradores ambientales. Extrapolar al futuro incluso las tendencias bien estudiadas es difícil porque las interacciones dentro del ecosistema cambiarán en condiciones variables, no se comprenden todas las relaciones en el ecosistema y aún no se reconocen los umbrales no lineales de las transiciones. [74]

Los principales problemas de preocupación incluyen la contaminación marina y la calidad del agua , la recolección y pesca de algas marinas, las especies invasoras [8] y el cambio climático [75] . La amenaza más apremiante para la preservación de los bosques de algas marinas puede ser la sobrepesca de los ecosistemas costeros, que al eliminar niveles tróficos más altos facilita su cambio a páramos de erizos empobrecidos. [9] El mantenimiento de la biodiversidad se reconoce como una forma de estabilizar en general los ecosistemas y sus servicios a través de mecanismos como la compensación funcional y la reducción de la susceptibilidad a las invasiones de especies extrañas. [76] [77] [78] [79] Más recientemente, el informe del IPCC de 2022 afirma que las algas marinas y otras algas marinas en la mayoría de las regiones están sufriendo mortalidades masivas por extremos de altas temperaturas y cambios de rango debido al calentamiento, ya que son estacionarias y no pueden adaptarse lo suficientemente rápido para lidiar con el rápido aumento de la temperatura de la Tierra y, por lo tanto, del océano. [80]

En muchos lugares, los administradores han optado por regular la cosecha de algas marinas [27] [81] y/o la captura de especies de bosques de algas marinas por parte de las pesquerías. [8] [63] Si bien estas medidas pueden ser efectivas en un sentido, no necesariamente protegen la totalidad del ecosistema. Las áreas marinas protegidas (AMP) ofrecen una solución única que abarca no solo las especies objetivo para la cosecha, sino también las interacciones que las rodean y el entorno local en su conjunto. [82] [83] Los beneficios directos de las AMP para las pesquerías (por ejemplo, los efectos indirectos) han sido bien documentados en todo el mundo. [9] [84] [85] [86] También se han demostrado beneficios indirectos en varios casos entre especies como el abulón y los peces en California Central. [87] [88] Lo más importante es que las AMP pueden ser efectivas para proteger los ecosistemas de bosques de algas marinas existentes y también pueden permitir la regeneración de aquellos que se han visto afectados. [42] [89] [90]

Restauración de bosques de algas en California

Peces pululando a través de un bosque de algas

En la década de 2010, el norte de California perdió el 95% de sus ecosistemas de algas debido a las olas de calor marinas. [91] [92] [93] [94]

Los esfuerzos de recuperación de los lechos de algas en California se centran principalmente en la eliminación de erizos de mar , [95] tanto por buzos, [96] como por nutrias marinas , que son depredadores naturales. [97] [98] [99] [100] [101]

Un alga parda, Sargassum horneri , una especie invasora detectada por primera vez en 2003, también ha sido motivo de preocupación. [102] [103]

La estrella de mar girasol es una especie clave que ayuda a controlar la abundancia de erizos de mar, pero un brote de la enfermedad del desgaste de las estrellas de mar y una vulnerabilidad al cambio climático han llevado a que se encuentre en peligro crítico. [104]

Los investigadores del Laboratorio Marino Bodega de la Universidad de California en Davis están desarrollando estrategias de resiembra, y los voluntarios del grupo Orange County Coastkeeper están resiembrando algas gigantes. [105] [106] La Universidad Estatal de Humboldt comenzó a cultivar algas gigantes en su granja de investigación en 2021. [107]

En julio de 2020 se anunciaron esfuerzos de investigación a nivel estatal para prevenir el colapso de los bosques de algas en California. [108]

A nivel federal, la Ley HR 4458 para Mantener los Ecosistemas Vivos y Productivos (KELP, por sus siglas en inglés), presentada el 29 de julio de 2021, busca establecer un nuevo programa de subvenciones dentro de la NOAA para la restauración de los bosques de algas. [109]

Ocean Rainforest, una empresa con sede en las Islas Feroe , obtuvo 4,5 millones de dólares en financiación del gobierno de Estados Unidos para cultivar algas gigantes en una granja de 86 acres frente a la costa de Santa Bárbara, California. [110]

Esfuerzos globales de conservación

El informe de 2023 de la Red Noruega de Bosques Azules del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente titulado 'Into the Blue: Securing a Sustainable Future for Kelp Forests' documenta un declive global de los bosques de algas, con una tasa de reducción anual del 1,8%. En los últimos 50 años, entre el 40 y el 60% de estos ecosistemas se han degradado debido a factores como el cambio climático, la mala calidad del agua y la sobrepesca . El informe subraya la urgencia de implementar esfuerzos globales de conservación y enfatiza la necesidad de cooperación internacional para adoptar estrategias de gestión basadas en áreas. Estas estrategias tienen como objetivo mitigar los impactos antes mencionados y mejorar la resiliencia y la sostenibilidad de los bosques de algas. [111]

La restauración de los bosques de algas, que se practica en 16 países durante más de 300 años, ha cobrado impulso, en particular entre 2009 y 2019, y ha involucrado a diversos sectores sociales, como el mundo académico, los gobiernos y las empresas. Los éxitos de la restauración a gran escala demuestran su viabilidad, y los mejores resultados suelen darse cerca de los bosques de algas existentes, lo que pone de relieve la importancia de prevenir su declive. Sin embargo, persisten desafíos, incluida la necesidad de métodos rentables, mecanismos de financiación y adaptaciones al cambio climático. Este trabajo de restauración no solo apoya la recuperación ecológica , sino que también ofrece importantes beneficios sociales y económicos, en consonancia con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas, y subraya la importancia de la colaboración multisectorial. [111] : 135 

Véase también

Referencias

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