La acidificación, una gran amenaza para la vida marina

La creciente acidez de nuestros mares es una amenaza para la vida marina que para muchas especies puede ser imposible de superar.
Ocurre que Los cangrejos producen alrededor de 100,000 huevos a la vez, que sostienen como una masa de color marrón anaranjado en la parte inferior de su abdomen, utilizando apéndices en forma de pierna conocidos como pleópodos para bombear agua sobre los huevos para asegurar un flujo constante de oxígeno a medida que los jóvenes dentro desarrollar.Al menos, eso es lo que sucede en el agua de mar normal, que tiene un pH de aproximadamente 8.1. Si el pH cae a 7.7 más o menos, condiciones que podrían surgir en los océanos hacia fines de siglo, debido a la liberación antropógena de dióxido de carbono (CO 2 ) en la atmósfera, los cangrejos costeros ( Carcinus maenas ) no tienden sus huevos «Simplemente dormitan», dice Jörg Hardege, un ecólogo químico de la Universidad de Hull, Reino Unido.

La razón, Hardege y sus colegas informaron en 2016, es que el agua más ácida altera la forma y la carga eléctrica de una molécula, liberada por los huevos, que estimula el cangrejo hembra para bombear agua. Ya no puede reconocer la señal molecular y, por lo tanto, descuida sus óvulos.

La madre vaga de los cangrejos de la orilla es solo uno de los conjuntos de efectos biológicos que los investigadores están documentando en los océanos, que incluyen organismos que van desde el fitoplancton unicelular en la base de la red alimentaria marina hasta el pez en su punto más alto, que podría provenir de la disminución continua del pH del agua de mar.

No todas las especies son igualmente vulnerables a esta acidificación de los océanos, un hecho que tiene el potencial de reestructurar los ecosistemas marinos. En términos más generales, así como las señales de codificación utilizadas en la comunicación, los cambios en la química del océano en las próximas décadas podrían disolver los esqueletos de los organismos marinos, agotar las reservas de energía de tales organismos e incluso interferir con la función de sus sistemas nerviosos.

Prueba de acidez
Como la quema de combustibles fósiles aumenta la concentración de CO 2 atmosférico , la cantidad de CO 2 disuelta en el agua de mar aumenta en tándem. Los océanos son el sumidero de carbono más grande de la Tierra; según algunas estimaciones, aproximadamente el 40 % del CO 2 antropogénico ha sido absorbido por los mares.

Algunos de ese extra disuelto CO 2 reacciona con las moléculas de agua en una serie de reacciones que conduce a la formación de ácido carbónico, y iones de bicarbonato y de hidrógeno (ver ‘impacto Mar’). Cuanto mayor sea la concentración de iones de hidrógeno, menor será el pH del agua y más ácidas serán las condiciones.

Al comienzo de la Revolución Industrial, el pH promedio global del océano fue de alrededor de 8,2, alrededor de 0,1 unidades más alto que en la actualidad. Puede que no parezca una gran diferencia, pero una disminución similar en el pH de la sangre de los humanos puede llevar a consecuencias graves, como convulsiones, arritmia cardíaca y coma. Debido a que el pH se mide en una escala logarítmica, cada cambio de 0.1 unidades da como resultado un aumento del 26 % en la concentración de iones de hidrógeno.

«Si piensas en la enorme escala de los océanos, es una cantidad tremenda de CO 2 que los océanos han tomado» para producir incluso un cambio tan pequeño en el pH promedio global, dice George Waldbusser, ecólogo de la Universidad Estatal de Oregón en Corvallis .

Nina Bednarsek, NOAA
Las conchas de los caracoles marinos se pueden disolver en agua acidificada.

Es probable que se produzca otro cambio. Si las emisiones de carbono continúan a la tasa actual, el pH promedio global del océano probablemente descenderá a alrededor de 7,7 en 2100. E incluso si las naciones reducen drásticamente las emisiones para cumplir con sus compromisos en virtud del acuerdo climático de París 2015, el pH de los océanos seguirá siendo 7.9 al final del siglo.

Además, después de disolver el CO 2 en el agua de mar, puede permanecer allí por mucho tiempo, incluso si su concentración en la atmósfera disminuye, debido a los patrones de circulación que hacen que el agua de la superficie se hunda profundamente en los océanos. «Lo que haremos en las próximas décadas impactará a los océanos durante decenas de miles de años», dice Carol Turley, una biogeoquímica del Plymouth Marine Laboratory, Reino Unido.

Choque de la carcasa
Una comprensión de la acidificación del océano y sus efectos biológicos fue lento a surgir, especialmente en comparación con el del aumento de la temperatura global causada por el aumento del nivel de CO atmosférico 2 . El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático no mencionó la acidificación de los océanos en sus informes hasta 2007. La mayoría de las investigaciones sobre el tema se han desarrollado en los últimos 20 años.

Preocupación inicial, y probablemente aún más conocida por el público, centrada en los calcificantes: un grupo diverso de organismos marinos que producen conchas o esqueletos a partir de carbonato cálcico. Un estudio de 1998 2 sugirió que el aumento de los niveles de CO 2 en el agua de mar podría obstaculizar la calcificación en los arrecifes de coral en aguas tropicales. En 2000, se informaron 3 cocolitóforos – algas unicelulares que construyen caparazones llamativos de placas superpuestas de carbonato de calcio – para formar sus caparazones más lentamente cuando se exponen al agua con alto contenido de CO 2 disuelto .

La acidificación del océano interfiere con la formación de la cáscara porque los iones de hidrógeno en el agua del mar reaccionan con los iones de carbonato, formando iones de bicarbonato. El agua de mar más ácida significa que habrá menos iones de carbonato para incorporar en el carbonato de calcio y, por lo tanto, menos materia prima para la construcción de las conchas. Waldbusser y sus colegas descubrieron que en las aguas saturadas con carbonato, las larvas de bivalvos como las almejas y las ostras tienen problemas para iniciar sus caparazones, que se forman más lentamente o se deforman. Se piensa que tales efectos explican por qué los criaderos de mariscos en la costa oeste de los Estados Unidos están luchando, dice Waldbusser.

Una prueba más sólida de los peligros de los océanos ácidos proviene de un estudio de 2016 4 en el que la química del agua alrededor de pequeñas porciones de la Gran Barrera de Coral en Australia se devolvió a la de antes de la Revolución Industrial. Los corales en esas áreas crecieron un 7 % más rápido que en cualquier otra parte del arrecife. «Fue un experimento extraordinario porque en realidad mostraba que [la acidificación del océano] ya tiene un impacto», dice Turley.

«El agua de mar ácida puede hacer que las cáscaras se disuelvan».
Además de afectar la formación de esqueletos y conchas, el agua ácida del mar puede hacer que se disuelvan las conchas. Para la mayoría de las especies, las dificultades en la formación de conchas ocurrirán a un umbral de acidez mucho más bajo que la disolución de la cáscara. Pero los pterópodos, pequeños caracoles marinos que nadan libremente y son un componente importante en la base de la cadena alimentaria, parecen ser especialmente vulnerables a los efectos corrosivos del agua ácida. En un estudio de 2014 5 se descubrió que más de la mitad de los pterópodos recolectados de las aguas de la costa oeste de los EE. UU. Tenían conchas severamente disueltas.

Demanda de energía
Cuando el carbonato es más escaso, los organismos tienen que gastar más energía para recolectar material para sus caparazones. A medida que la investigación sobre la acidificación de los océanos se ha acelerado en la última década, ha surgido que muchos de sus otros efectos biológicos también se reducen a desequilibrios energéticos.
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«El problema básico es el mismo para todos los organismos marinos», dice Felix Mark, un ecofisiólogo marino del Instituto Alfred Wegener en Bremerhaven, Alemania. Muchos organismos tienen mecanismos para regular el pH interno, como bombear iones de hidrógeno dentro o fuera. A medida que baja el pH del agua del mar, los organismos tienen que trabajar más para mantener su propio pH constante. «Te va a costar energía. Tan simple como eso «, dice Mark.

Mark y sus colegas descubrieron que la tensión energética impuesta por la acidificación del océano puede afectar particularmente a los peces jóvenes, que de lo contrario tienden a poner todos sus recursos en crecimiento. En experimentos de laboratorio, el grupo de Mark ha demostrado que a las concentraciones de CO 2 disuelto esperadas para finales de siglo, las larvas de algunas especies de peces, incluido el arenque del Atlántico ( Clupea harengus ), muestran un crecimiento más lento y una mayor mortalidad.

Sin embargo, otras formas de vida oceánica pueden encontrar que su presupuesto de energía realmente se beneficia de estos cambios en la química del océano. Por ejemplo, como la concentración de CO disueltas 2 aumenta, el fitoplancton no tendrá que trabajar tan duro para obtener el CO 2 que usan para producir energía a través de la fotosíntesis.

A primera vista, crear una base más sólida para la red de alimentos oceánicos a través de estas algas suena como buenas noticias, pero hay desventajas. Impulsar el crecimiento de algas puede causar el agotamiento de oxígeno en el agua cuando esas células adicionales mueren y se descomponen por bacterias, creando condiciones que pueden ser letales para los peces y alterando el ciclo de los nutrientes a través de la cadena alimentaria. Además, las especies que más se benefician de esta ‘fertilización’ por CO 2 pueden ser perjudiciales para las personas. Aumento de los niveles de CO 2en los océanos podría empeorar la proliferación de algas tóxicas como los dinoflagelados, dice David Hutchins, biólogo de fitoplancton en la Universidad del Sur de California en Los Ángeles. «Una de las cosas que hacen, estas especies nocivas de floración, es usar ese carbono extra para producir toxinas. Hacen un poco más de toxina bajo CO 2 «, dice.

Sentido del olfato

El bloqueo de la señalización molecular debida a la acidificación del océano que Hardege y sus colegas documentaron en el cangrejo de la costa podrían afectar a muchas más especies. La misma molécula que desencadena el comportamiento de huevo en los cangrejos costeros femeninos también guía el asentamiento de las larvas de ostras y la caza del cangrejo ermitaño por una concha, lo que significa que esos comportamientos podrían ser igualmente susceptibles a la alteración por acidificación.

Se cree que los océanos están inundados de moléculas de señalización. La comunicación química, esencialmente el sentido del olfato, es una de las formas más antiguas de comunicación biológica, y los organismos marinos lo usan para atraer parejas, buscar comida, detectar y evitar depredadores y decidir sobre un lugar donde vivir.

La forma y carga específica de las moléculas de señalización les permite interactuar con los receptores sensoriales de los animales, similar a una llave en una cerradura. Pero tales propiedades se alteran a medida que cambia el pH. El pH al que ocurren estos cambios varía para diferentes moléculas, pero para muchos de aquellos en los que los animales dependen de la comunicación química, el punto de inflexión es de alrededor de pH 8.0, lo que hace que las moléculas sean vulnerables a la acidificación oceánica presente o futura.

La acidificación no solo altera las señales enviadas entre los organismos. También causa estragos en los que se transmiten internamente, específicamente, los impulsos nerviosos que permiten a los animales procesar y reaccionar al medio ambiente. Estos efectos se documentaron inicialmente en el pez payaso naranja ( Amphiprion percule ), que vive entre los corales que construyen los arrecifes. Cuando se coloca en agua con un alto contenido de CO 2 disuelto , es menos probable que el pez payaso se aleje del olor de un depredador. Algunas especies de damiselas, que también habitan en los arrecifes tropicales, también no se congelan y se esconden cuando se exponen al olor de un pez herido, un estímulo que generalmente sirve para advertir a los depredadores. Cuando el damisela que se había mantenido en el agua con un contenido similar de CO 2 fueron posteriormente ubicados en arrecifes experimentales en el medio natural, «tenían una alta mortalidad, y eso fue probablemente debido a que fueron atacados por depredadores», dice Philip Munday, ecologista de la Universidad James Cook en Australia.

Estudios adicionales, en colaboración con Göran Nilsson en la Universidad de Oslo, sugieren que estos efectos se producen porque los esfuerzos de los peces para estabilizar el pH corporal en el agua acidificada alteran su química sanguínea de una manera que interfiere con la señalización del neurotransmisor GABA ( ácido γ -aminobutírico )

Un mecanismo similar afecta el comportamiento de los invertebrados. La concha jorobada ( Gibberulus gibberulus ), una especie de caracol marino con un pie modificado que utiliza para saltar de los depredadores, está en desventaja cuando se expone a agua acidificada. Es menos probable que los caracoles ejecuten su salto evasivo característico y, cuando lo hacen, tienen menos probabilidades de saltar en la dirección correcta. Este efecto puede ser revertido por un medicamento que bloquea un receptor para GABA, confirmando el mecanismo involucrado.

Mientras tanto, el principal depredador de caracol jorobado, el caracol cono marmóreo ( Conus marmoreus ), un molusco de movimiento lento que dispara un dardo envenenado para capturar presas, es menos efectivo para cazar en aguas acidificadas. Este estudio de la dinámica entre dos especies de caracoles es emblemático de los próximos pasos en la investigación sobre la acidificación de los océanos. Después de acumular evidencia sobre los posibles efectos de la acidificación en muchas especies, Munday y otros investigadores dicen que lo que se necesita ahora es comprender cómo las interacciones entre especies y la forma de las redes alimentarias marinas podrían cambiar.

Los estudios también deberán tener en cuenta que más de un estrés, incluido el calentamiento, la desoxigenación y la acidificación, afecta a los océanos al mismo tiempo. Y los investigadores deben preguntar cuál es quizás la pregunta fundamental: ¿qué pueden hacer los organismos para hacer frente? «Un problema con todos estos tipos de experimentos que hemos estado haciendo es que básicamente transportamos a este animal hacia el futuro», dice Munday. Pero en lugar de transferir bruscamente organismos de las condiciones actuales a aquellos con alto contenido de CO 2 , los investigadores necesitan probar si los organismos podrán adaptarse a medida que avanza la acidificación del océano en las próximas décadas, un período que equivale a miles de generaciones para algunos, pero solo Un puñado para otros.

Los experimentos con organismos que reproducen rápidamente, como el fitoplancton, están comenzando a dar una idea de estas preguntas. Para las especies de vida más larga, el análisis genético podría ayudar a predecir su capacidad para adaptarse a las condiciones futuras. Pero será difícil encontrar respuestas antes de que nuestro experimento planetario a gran escala sobre la acidificación de los océanos haya seguido su curso.

Este artículo es parte de Climate Change Outlook, un suplemento editorial independiente producido con el apoyo financiero de un tercero, disponible para su difsión libre