Un estudi multidisciplinar sobre el paper de les comunitats bentòniques en els ecosistemes antàrtics (un programa EASIZ)

Barcelona, març del 2000

Els darrers 10 anys s'ha fet un gran esforç per donar una visió integrada dels ecosistemes marins. En el marc d'aquest punt de vista global, els processos de transferència i energia depenen de la contribució de cadascun dels components que interactuen en distintes escales d'espai i temps (Roughgarden et al. 1994; Margalef, 1997). En aquest sentit, l'estudi dels processos i mecanismes relacionats amb l'acoblament entre els bentos i el plàncton ha estat un dels que ha ofert en un grau més alt, una idea integrada del funcionament dels ecosistemes marins (Graf, 1992; Rosenberg, 1995). Els estudis sobre els ecosistemes planctònics han insistit tant en un cert aïllament del sistema amb un autoreciclatge de nutrients com en un control cap avall (top-down) de la producció i dinàmica del medi marí (Smetacek, 1984; Longhurst 1998). Ben al contrari, els especialistes en comunitats bentòniques han insistit en dur a terme estudis integrats que permetin explicar els sistemes marins des d'un punt de vista global, especialment pel que fa als ecosistemes litorals (Arntz et al., 1999). Una bona part d'aquest estudis plantegen el control de baix cap a dalt l'alça dels ecosistemes (bottom-up) com sol ser en sistemes estuàrics (Valiela, 1995), però d'altres arriben a controlar poblacions planctòniques especialment en sistemes litorals (Officer et al., 1982; Kimmerer et al., 1994). En concret, les comunitats de suspensívors bentònics són les que contribueixen d'una manera més clara a demostrar l'estreta relació entre els subsistemes bentònic i planctònic.

Els suspensívors planctònics són sèssils, amb la qual cosa la possibilitat d'alimentar-se depèn de les corrents que transporten les partícules i preses fins a les seves estructures capturadores.. Aquesta dependència tròfica contrasta amb l'abundància que té al medi marí fins al punt de representar el major component en biomassa de moltes comunitats bentòniques litorals (Gili & Coma, 1998). Als ecosistemes antàrtics s'ha observat que els suspensívors bentònics representen un dels contribuents més importants en la diversitat i la biomassa de les zones costaneres i plataformes continentals (Arntz et al., 1994). Aquest fet, ha motivat que siguin un dels objectius prioritaris del Programa Internacional EASIZ-SCAR, amb l'objectiu primordial d'estudiar a més a més la importància que té des d'un punt de vista funcional.

Des de l'inici del Programa EASIZ-SCAR, l'any 1994, l'equip de recerca que proposa aquesta Acció Especial, que pertany a distintes institucions espanyoles, ha treballat en el desxiframent del paper dels suspensívors bentònics als ecosistemes antàrtics en estreta cooperació amb els equips alemanys de l'Alfred Wegener Institut de Bremerhaven (AWI) (Alemanya) i paral·lelament amb el British Antarctic Survey (Gran Bretanya). Aquest estudis s'han desenvolupat tant durant les campanyes EASIZ a bord del B/O Polastern (AWI) com en algunes bases costaneres. Els darrers 5 anys, els estudis fets sobre quin és el paper dels suspensívors bentònics han mostrat no tan sols que poden tenir un paper més rellevant del que es pensava actualment, sinó que han permès un nou enfocament de l'ecologia marina a les aigües antàrtiques que contrasta amb paradigmes i paradoxes anteriors (Clark, 1998, Gili et al., en premsa). Aquest estudis es basen especialment en l'alimentació i l'impacte en zones de plataformes (Orejas et al., en premsa) com en l'activitat i la dinàmica que tenen en zones costaneres (Barnes, 1995; Barnes & Clarke, 1995; Chiantore et al., 1998). Els resultats globals d'aquests estudis contrasten amb la visió dels especialistes que han centrat la seva activitat en la columna d'aigua i que han estat els que han sentat molts dels paradigmes sobre el funcionament dels ecosistemes marins antàrtics. En aquest sentit, s'ha procurat explicar la productivitat planctònica tot basant-se en un sistema eficaç de retenció de nutrients i amb una pèrdua escasa cap a les capes més profundes (Eppley & Peterson, 1979; Smetaceck et al., 1990). Aquest procés de retenció contrasta amb l'elevada biomassa de les comunitats bentòniques que haurien de dependre de l'arribada ocasional d'aliment, justament després dels blooms, fet que en fer un balanç energètic global sembla força improbable. Els estudis duts a terme en McMurdo Sound que relacionaven la distribució i l'abundància de les comunitats bentòniques amb els mecanismes hidrodinàmics de mesoscala i els processos sedimentaris associats (Dayton et al., 1974; Dumbar et al., 1989), mostraven una relació estreta entre el que succeeix a la columna d'aigua i el fons marí. Aquestes idees i hipòtesis s'han revifat recentment en el marc del Programa EASIZ-SCAR, en part gràcies a l'esforç d'alguns equips d'estudiar tant les comunitats en zones litorals subantàrtiques (e.g. Barnes & Clarke, 1995) com d'estudiar el desenvolupament d'estudis i aproximacions interdisciplinars (Gili et al., en premsa). Per posar un exemple, els estudis sobre processos de transport de partícules i corrents de fons recents, tant en l'estret de Bransfield (Palanques et al., en premsa) com al mar de Weddell (Gerdes & Bohlmann, en premsa), han demostrat que els processos de resuspensió i transport horitzontal són de gran envergadura i poden explicar un aportament de partícules i matèria orgànica al fons marí molt més elevat i constant del que es creia actualment.

Després dels resultats de les dues campanyes anteriors del Programa EASIZ-SCAR (ANT XIII/3 y ANT XV/3) i de l'increment de l'interès en desenvolupar un estudi en col·laboració amb distintes disciplines, s'ha preparat el projecte de recerca que es proposa en aquesta Acció Especial. A la campanya anterior (Gili et al., 1998) varen ser observats alguns aspectes molt rellevants que són la base del projecte que tenim entre mans i que són en vies de publicació (Gili et al., 1998, Orejas et al., en premsa):

• Una taxa alta de captura de preses de zooplancton que procedeix de la columna d'aigua d'una espècie d'hidrozoo i d'un antozoo bentònic situats a uns 100 metres de profunditat: fet insòlit en ecosistemes antàrtics i que demostraria que els organismes del bentos poden explotar directament les comunitats zooplanctòniques.

• En tres espècies cnidaris bentònics s'ha demostrat que tenen una dieta natural molt variada i entre les seves preses es troben organismes del pic i nanoplancton com bacteris, flagel·lats i ciliats: aquest fet recentment sols és observat en unes poques espècies mediterrànees i tropicals i que demostraria la intervenció dels suspensívors bentònics a les cadenes tròfiques microbianes antàrtiques.

• En tres àrees de les plataformes continentals de l'Est del Mar de Weddell s'ha trobat una relació del coeficient C/N molt baix (7.56 de mitjana): aquest fet contribueix d'una manera decisiva a sustentar la hipòtesis que malgrat que la concentració total de matèria orgànica sedimentada no és molt alta als sediments antàrtics, el seu valor nutritiu és de les més altes del món.

• Les concentracions de microorganismes (4.5 10 ⁵ bacteris ml^-1) a les plataformes del Weddell són comparables a les d'altres regions temperades o tropicals: aquest fet podria explicar una activitat microbiana continuada que podria estar afavorida o mantinguda gràcies a processos de resuspensió.

• Les concentracions de nutrients a les plataformes del Weddell són comparables amb les que s'han trobat a prop del fons a les zones més productives del món, especialment les de nitrats i fosfats: aquest fet és realment nou i podria estar relacionat amb el paper extremament rellevant de les comunitats de suspensívors antàrtics a la remineralització de la matèria orgànica en els ecosistemes antàrtics, tan o potser més importants de la que passa a la columna d'aigua en moltes zones.

• Les taxes d'alimentació i la quantitat de gònades per pòlip i la seva mida no són molt diferents, en termes absoluts, a les trobades en aigües antàrtiques de les conegudes en d'altres oceans, la qual cosa permet recolzar de manera novedosa el fet que els organismes antàrtics són molt eficaços en l'aprofitament del poc aliment que disposen i, per tant, aconsegueixen el mateix nivell de reproducció i una mida similar a les d'altres regions del món, però triguen més en aconseguir-ho.

Basant-se en els resultats previs i en un estudi exhaustiu de la informació i les evidències existents sobre el paper dels suspensívors bentònics en ecosistemes antàrtics, atemperats i tropicals (Gili et al., en premsa), s'han plantejat els objectius per la campanya EASIZ III següents:

• Estudi de les corrents vora del fons, la seva variabilitat a curta escala i la seva influència dels processos de resuspensió. A més s'identificarà la presència de capes nefeloides vora del fons i el seu paper en els processos de transport horitzontal. Aquest objectiu s'abordarà conjuntament amb l'equip del Dr. Dieter Gerdes, AWI.

• Composició i quantificació de les comunitats pico, nano i microplanctòniques en la columna d'aigua i vora del fons. També, s'estudiaran les poblacions de zooplancton epibentònic i la seva relació amb les migracions verticals. Aquest objectiu s'abordarà en el cas del zooplancton amb l'equip de la Dra. Sigi Shield, AWI.

• Activitat biològica, relacions tròfiques i diversitat microbiana vora dels fons en comparació amb la resta de la columna d'aigua.

• Estudi de la dieta natural de dos espècies: un suspensívor actiu (l'esponja Stylocordia borealis), a diferència de les que es van estudiar a la campanya EASIZ II que són suspensívors passius, i un suspensívor carnívor (l'hidrozoo Tubularia ralphi) que va ser una de les espècies que va oferir resultats més sorprenents en la campanya anterior.

• Estudi estequiomètric (Lípids, Hidrats de Carboni i Proteïnes) de la columna d'aigua i el sediment per determinar el potencial nutritiu d'ambdós i d'algunes espècies de suspensívors per comprovar especialment l'acumulació de lípids.

• Estudi de la densitat, composició i variabilitat espai temporal de les poblacions de zooplancton epibentònic. Aquest objectiu s'abordarà en el cas del zooplancton amb l'equip de la Dra. Sigi Shield, AWI.

• Estudi de la concentració, dinàmica i variabilitat dels nutrients orgànics i inorgànics vora dels fons en comparació amb la resta de la columna d'aigua. Es farà un major èmfasi amb PO₄, NO₃, NO₂, PH₄ y N, C, P, Si totals.

• Estudi de les estratègies reproductives i de l'esforç reproductor de distintes espècies d'octocoral·laris en funció de la seva talla, densitat i distribució. Aquest estudi és realitzarà en col·laboració amb l'equip del Dr. Julian Gutt, AWI.

El pla general de campanya ja proposat i aprovat per el cap de campanya se centrarà en tres tipus d'estratègies de mostreig:

• Un estudi intensiu en tres estacions estudiades a les dues campanyes EASIZ prèvies com a experiments d'alta resolució, amb mostres continuades durant tres o quatre dies per estació. Aquestes tres estacions seran dues al sector oriental del Mar de Weddel, una amb una gran densitat de suspensívors bentònics i una altra amb una baixa densitat. La tercera s'efectuarà a la península antàrtica. A cada estació es recolliran mostres cada 4 hores mitjançant el CTD i la roset des del més a prop possible i a diverses profunditats al llarg de la columna d'aigua. Mitjançant la TV-Grap, i una xarxa d'arrossegament de fons tipus Agassiz, es recolliran mostres d'organismes betònics més abundants, especialment gorgonies dels gèneres Primnoella, Thoarella i Ainigmaptilon.

• Instal·lació de tres ancoratges durant 15 dies, dos en el Mar de Weddell i un altre a la Península Antàrtica. Cada ancoratge disposarà d'una trampa de sediment vora del fons (a uns 20-30m de fons) amb possibilitat de recollir mostres cada dos dies. A més s'instal·larà a cada ancoratge dos correntímetres Anderaa RCM9, un a uns 100m del fons i l'altre el més a prop possible. Aquest últim estarà equipat amb un sensor de terbolesa.

• S'efectuaran tres transectes amb la sonda CTd equipada amb la roset per determinar la variabilitat espacial de les comunitats microbianes a la columna d'aigua i el sediment. Un primer transecte s'efectuarà a el trànsit entre Sudàfrica i el continent antàrtic, un altre entre el marge del gel i el mar obert a el sector oriental del Mar de Weddell i un tercer des de aquest últim sector i la Península Antàrtica.