Aquest nou enfocament desenvolupat per l'ICM, l'IEO i la JAMSTEC permet representar, per primera vegada, l'evolució adaptativa del fitoplàncton marí al canvi climàtic i ajudarà a millorar les prediccions de la seva resposta als canvis que estan per venir.
El fitoplàncton està format per milions d'algues unicel·lulars que representen el 45% de la fotosíntesi mundial i són a la base de les xarxes tròfiques marines. S'estima que aquests organismes transporten, almenys, cinc gigatones de carboni cap a les profunditats de l'oceà cada any. És a dir, cinc mil milions de tones, la qual cosa equival a aproximadament al 50% de les actuals emissions antropogèniques de carboni. Per això, estimar els canvis d'abundància i composició que experimenten aquestes microalgues per culpa de l'escalfament global és imprescindible, ja que poden tenir importants conseqüències per al clima global i la pesca.
Ara, un grup d'investigadors de l'Institut de Cències del Mar (ICM), l'Institut Espanyol d'Oceanografia (IEO) i la Japan Agency for Marine Earth Science and Technology (JAMSTEC) ha fet un pas clau per entendre la resposta del fitoplàncton al canvi climàtic gràcies al desenvolupament d’un model numèric anomenat SPEAD (Simulating Plankton Evolution with Adaptive Dynamics) que avalua l'adaptació del plàncton als canvis ambientals.
Els detalls d'aquest model es poden trobar en un article publicat recentment a la revista Geoscientific Model Development que descriu com, per primera vegada, s’ha pogut simular, gràcies al model SPEAD, l'evolució de dos trets fisiològics en una població de fitoplàncton: l'afinitat per un nutrient i la temperatura òptima per al creixement.
Fins ara, els models ecosistèmics més avançats dividien el plàncton en espècies o grups diferents amb preferències fixes de nutrients, temperatura i llum. En aquests models ecològics l'única resposta possible del plàncton als canvis ambientals era la substitució d'algunes espècies per altres millor adaptades al nou entorn, mitjançant la selecció ecològica del més apte. No obstant això, a causa del seu curt temps de generació, al voltant d'una divisió al dia, se sap que les espècies de fitoplàncton evolucionen prou ràpid per a adaptar-se als canvis ambientals en poques dècades.
El model permet simular variacions en característiques concretes de les algues
SPEAD afegeix l'evolució adaptativa en les simulacions en imposar que un percentatge determinat de la descendència experimenti mutacions en la seva afinitat pel nutrient o en la seva temperatura òptima, cosa que no fan altres models.
De moment, el nou model s'ha validat amb observacions realitzades en el mar dels Sargassos (a l'Atlàntic Nord). També s'han recomanat per al seu ús futur aquells valors de les taxes de mutació que permeten l'evolució adaptativa en només algunes dècades.
"Per donar un ordre de magnitud, imaginem que, de cada 100 descendents, 4 difereixen dels seus pares, ja sigui en la temperatura òptima de creixement o en l'afinitat pel nutrient. Mutar més ràpid fa que moltes cèl·lules estiguin mal adaptades al seu entorn actual. En canvi, mutar més lentament impedeix que el fitoplàncton s'adapti a futurs canvis ambientals", explica l'investigador de l'ICM Guillaume Le Gland, primer autor d'aquest estudi.
Segons avancen els autors del treball, en un futur pròxim, SPEAD s'acoblarà a un model de circulació general de l'oceà per predir la resposta del fitoplàncton a escenaris d'escalfament global en termes de productivitat (quantitat de carboni fixat), bomba biològica de carboni (quantitat de carboni transportat a l'oceà profund) i contribució de grups funcionals com les diatomees, els dinoflagel·lats o els cianobacteris a les comunitats de plàncton.
Els models actuals prediuen que l'escalfament global reduirà la productivitat global que a les regions temperades afavorirà les cèl·lules petites del fitoplàncton, com els cianobacteris, en detriment de les cèl·lules més grans, com les diatomees, a les regions temperades. Com que els cianobacteris s'enfonsen més lentament que les diatomees, aquest canvi reduiria la bomba biològica de carboni i, per tant, acceleraria l'escalfament global. No obstant això, si les diatomees són capaces d'adaptar-se als nous nínxols ecològics en comptes de ser substituïdes per cianobacteris, la productivitat global podria veure’s encara més reduïda i la bomba biològica podria alentir-se més del previst.
"El model SPEAD és un pas important per al desenvolupament de la propera generació de models d'ecosistemes planctònics oceànics que ens permetrà millorar les prediccions sobre com respondran el plàncton i els fluxos biogeoquímics a l'escalfament de l'oceà durant el segle XXI", destaca l'investigador de l'ICM Pedro Cermeño, que també ha participat en l'elaboració de l’estudi.
Altres qüestions ecològiques contemporànies, com la distribució espacial i temporal de la diversitat del plàncton o la relació entre la biodiversitat i el funcionament dels ecosistemes, també podran ser estudiades gràcies aquesta nova generació de models eco-evolutius.
Aquesta investigació ha estat finançada pel Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats d'Espanya a través de la beca d'investigació "Simulació de l'evolució del plàncton amb dinàmica adaptativa".