A medida que las temperaturas oceánicas aumentan en las regiones templadas, los bosques de kelp están sufriendo un colapso significativo y las especies de algas turf (turf algae) están tomando el control. Este cambio desde densos canopies de kelp hacia alfombrillas de algas turf está impulsando la pérdida de biodiversidad y alterando el flujo de energía y nutrientes a través de los ecosistemas de los arrecifes. Estas transformaciones también están modificando fundamentalmente la química ecológica de los ecosistemas costeros.
Una investigación reciente publicada en Science, liderada por científicos del Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, ha revelado por primera vez cómo las algas turf liberan compuestos químicos que pueden matar a las jóvenes plantas de kelp. Este fenómeno crea un ciclo de retroalimentación donde un mayor crecimiento de algas turf conduce a una mayor liberación de químicos dañinos, lo que inhibe aún más la recuperación de los bosques de kelp y refuerza su colapso.
El impacto de las algas turf en los ecosistemas costeros
Esta interacción mediada químicamente, que los científicos denominan alelopatía o, de manera más directa, guerra química, revela una forma indirecta en que el cambio climático está remodelando los ecosistemas oceánicos, complicando la recuperación de los bosques de kelp a lo largo de la costa de Maine, que se calienta rápidamente. La investigación contó con la colaboración de expertos de varias universidades, incluyendo la Universidad de Maine, la Universidad de California Riverside, la Universidad de Tübingen, el Instituto Perry para la Ciencia Marina y la Universidad de Harvard.
Según Doug Rasher, científico principal del Bigelow Laboratory y autor senior del estudio, “esta investigación es poderosa porque se mueve lógicamente desde describir un patrón en la naturaleza —la falta de recuperación de los bosques de kelp— hasta revelar que el paisaje químico de los bosques de kelp y los arrecifes de turf son fundamentalmente diferentes, y finalmente identificar que las algas turf y los químicos que exudan impiden la reclutación de kelp”.
Los efectos del colapso de los bosques de kelp y su reemplazo por algas turf han sido bien documentados en ecosistemas templados alrededor del mundo. “Este cambio de kelp a turf es análogo a la transición de un bosque terrestre a una pradera”, explica Shane Farrell, autor principal del estudio y candidato a doctorado de la Universidad de Maine. “Con la pérdida de los bosques de kelp, observamos disminuciones en la biodiversidad, productividad y los servicios ecosistémicos que proporcionan a los humanos”.
Investigaciones previas han demostrado que una vez que las algas turf están establecidas, pueden inhibir la recuperación del kelp al ocupar espacio en el arrecife o albergar pequeños herbívoros que se alimentan de las plántulas de kelp. En ecosistemas tropicales, como los bosques lluviosos y los arrecifes de coral, los científicos han mostrado que cambios en el entorno químico también pueden desempeñar un papel en mantener los ecosistemas en un estado degradado. Sin embargo, no se había considerado si este tipo de cambio químico podría estar presente en los bosques de kelp templados.
Para responder a esta pregunta, los investigadores realizaron encuestas de campo durante tres años en la costa de Maine, documentando un patrón de nuevos kelp que luchan por sobrevivir en las áreas donde los bosques han colapsado. Durante estas encuestas, el equipo recogió muestras de agua y algas para su análisis químico.
En lugar de centrarse en sustancias conocidas, se unieron al grupo de investigación de Daniel Petras en la Universidad de California, Riverside, utilizando análisis metabolómicos no dirigidos para entender la diversa química en las muestras. Este enfoque permite analizar todas las pequeñas moléculas dentro de un sistema, lo que permitió a los investigadores identificar características químicas únicas en el agua, en las algas y en el arrecife, tanto en sitios dominados por kelp como por algas turf.
Para caracterizar el conjunto de químicos presentes en el agua, estos métodos dependen de separar las moléculas y fragmentarlas, que luego se comparan con bibliotecas de referencia, de manera similar a identificar a una persona a partir de una huella digital. Sin embargo, menos del 2% de las características químicas que los investigadores encontraron en este entorno habían sido previamente descritas. Para llenar esos vacíos, el equipo recurrió a nuevas herramientas computacionales que utilizan patrones de fragmentación química para predecir identidades de compuestos, fórmulas moleculares e incluso estructuras químicas.
En una serie de experimentos de laboratorio, los investigadores probaron los efectos de los químicos presentes en los arrecifes dominados por turf y los específicos liberados por las cinco especies de algas turf más abundantes sobre los gametofitos, una etapa temprana de la vida del kelp. Los experimentos mostraron que la supervivencia de los gametofitos disminuyó drásticamente—hasta un 500% en algunos casos—cuando se expusieron a los químicos liberados por las algas turf, confirmando que el nuevo entorno químico es directamente responsable de la mortalidad del kelp.
Rasher concluyó que “nuestro estudio es el primero en revelar que la guerra química puede fundamentar el potencial de recuperación de los bosques de kelp de aguas frías. Y sorprendentemente, algunos de los mismos tipos de moléculas que identificamos en los arrecifes de turf están involucrados en las dinámicas de recuperación de los arrecifes de coral tropicales también”. Esta investigación destaca la complejidad química causada por el cambio ambiental y la necesidad de comprender mejor cómo estos procesos varían a nivel global.
Investigaciones anteriores del grupo de Rasher confirmaron que el calentamiento oceánico es el principal impulsor del declive de los bosques de kelp en la costa de Maine. Sin embargo, estos nuevos hallazgos, que muestran cómo las algas turf pueden atrapar un ecosistema en un estado degradado, dificultarán aún más la promoción de la recuperación de los bosques de kelp. “Una vez que las algas turf están establecidas, simplemente detener las emisiones de carbono a nivel global y revertir el calentamiento oceánico no devolverá los bosques de kelp de Maine”, advierte Farrell. “Debido a estos mecanismos de retroalimentación, necesitamos intervenciones locales para eliminar las algas turf antes de que el kelp pueda realmente recuperarse”.
