Interacciones tróficas y migración vertical como mecanismos de transferencia del carbono orgánico hacia el océano profundo.

Resumen

El transporte de carbono orgánico hacia el océano profundo es un componente clave de la bomba biológica, a través del cual la materia orgánica producida en la zona fótica es transferida a capas más profundas, promoviendo así el secuestro de carbono. En los sistemas de surgencia costera, como el del Pacífico suroriental, este proceso se ve fuertemente influido por la alta productividad biológica, la variabilidad oceanográfica y las complejas interacciones entre los procesos físicos y biológicos. Dentro de este marco, el zooplancton y el micronecton desempeñan un papel esencial en el flujo vertical de carbono, no solo contribuyendo al hundimiento pasivo de partículas de sus fecas y mudas (transporte pasivo), sino también a través de su comportamiento migratorio vertical (transporte activo). En este último proceso, se ha postulado que las migraciones verticales escalonadas (escalera de migración propuesta por Vinogradov 1962) combinadas con las interacciones presa-depredador pueden exacerbar el flujo vertical de C orgánico. Esta hipótesis sugiere que el suministro más importante de alimento en el océano profundo es el transporte activo de materia orgánica mediante migraciones asincrónicas de organismos pelágicos y sus interacciones tróficas desde la zona superior a grandes profundidades en la columna de agua. A este proceso combinado lo llamaremos “escalera trófica”. Una escalera trófica favoreciendo el transporte vertical de carbono en el sistema de surgencia del centro-sur de Chile, sugiere que las interacciones presa-depredador y las migraciones verticales de los organismos pelágicos dan lugar a un flujo vertical escalonado de C que puede acelerar su transporte desde la capa fótica hacia las capas meso y batipelágicas, integrando así procesos ecológicos y biogeoquímicos dentro del funcionamiento de la bomba biológica del carbono. En este marco conceptual, se ha desarrollado la presente tesis, planteando como objetivo central la puesta a prueba de la hipótesis nula de la existencia de dicha escalera trófica en el sistema de surgencia del Pacífico sur oriental frente a la costa de Chile considera las zonas de Iquique y Concepción como áreas de estudio. El capítulo 1 se centró en la caracterización de estructura y dinámica trófica de un componente clave del ecosistema pelágico, el mesozooplancton. Para tales fines, se analizaron muestras de zooplancton obtenidas durante el crucero LowPhox-II del verano austral del 2018 frente a la zona norte de Chile (Iquique). Las muestras obtenidas en 5 estratos verticales entre los 900 y 0 m de la columna de agua en condiciones diurnas y nocturnas se analizaron mediante métodos automatizados para cuantificar e identificar los grupos taxonómicos de la comunidad del mesozooplancton. El análisis incluyó adicionalmente la determinación de isótopos estables de C y N en cuatro clases de tamaño de la comunidad. Durante el crucero se obtuvieron también variables ambientales hidrográficas. Se estimó la migración vertical diurna nocturna del zooplancton (DVM) y sus interacciones tróficas basadas en la composición isotópica de los diferentes grupos taxonómicos y fracciones de tamaño. El estudio propuso un Índice de Comportamiento Trófico (Trophic Behavior Index, TBI). Este índice integra tres atributos biológicos claves del zooplancton: el tamaño del individuo, la amplitud de la migración vertical diaria (DVM), y la posición trófica estimada mediante el uso de isótopos estables de nitrógeno que compone la biomasa del zooplancton. Su aplicación permitió clasificar la comunidad en cuatro grupos funcionales: consumidores primarios, predadores moderados, predadores fuertes y predadores tope; y evidenció que la estructura trófica de la comunidad está determinada principalmente por características biológicas más que por la variabilidad ambiental. Los depredadores fuertes y tope dominaron las zonas oceánicas, mientras que los consumidores primarios prevalecieron en la costa, demostrando que el TBI constituye una herramienta para evaluar la organización funcional del zooplancton en sistemas de surgencia altamente variables y otorga un criterio para definir las relaciones presa-depredador. El Capítulo 2 se enfocó en cuantificar el transporte lateral (costa océano) y transporte activo de carbono mediado por el zooplancton y el micronecton durante el verano de 2023 frente a la zona de surgencia de Chile centro-sur (36 °S). Los análisis se realizaron utilizando muestras de zooplancton y micronecton obtenidas durante el crucero MAPUCHE. Los muestreos fueron también en estratos verticales en la zona costera en los primero 200 m de la columna de agua y la zona oceánica para condiciones diurnas y nocturnas en los primeros 1000 m, acompañados con información ambiental hidrográfica. Se analizó la composición taxonómica de las comunidades del mesozooplancton y del micronecton, así como se determinó la composición isotópica de cuatro clases de tamaño del zooplancton y desde organismos seleccionados del micronecton. El estudio además integró análisis isotópicos de aminoácidos (CSIA-AA) en ambos componentes de la comunidad pelágica. Utilizando los datos de variables hidrográficas, complementados con data satelital, el estudio estimó el transporte lateral por advección (Transporte de Ekman) durante surgencia activa. Los análisis de la composición isotópica en el aminoácido fenilalanina (δ¹⁵N-fenilalanina) mostraron una baja variabilidad entre estaciones costeras y oceánicas, lo que sugiere una fuente común de nitrógeno derivada de la producción costera que se redistribuye lateralmente hacia zonas más oceánicas. A lo largo del gradiente costa-océano, las posiciones tróficas aumentaron desde herbívoros (~2.0) hasta carnívoros de niveles superiores (>5.0). La estimación integrada del transporte activo de carbono mediado por zooplancton y micronecton hasta los 1000 m de profundidad alcanzó los 38.3 mg C m-² d-¹, lo que equivale al 2.7% de la producción primaria neta (PPN) en la zona oceánica y al 2.1% de la PPN en la zona de surgencia costera. El micronecton es uno de los principales vectores en el transporte activo de carbono desde la superficie hacia la Zona Mínima de Oxígeno, integrando el carbono previamente procesado por el zooplancton migrador y superficial-no migrante. Los resultados proveen apoyo a la existencia de una “escalera trófica”, en la cual el zooplancton migrador y el micronecton participan de manera complementaria en la transferencia activa de carbono hacia las profundidades. Este mecanismo se ve reforzado por la circulación costera y los procesos de advección lateral asociados al transporte de Ekman y otros procesos físicos que redistribuyen la biomasa generados en la zona de surgencia hacia el océano abierto. En conjunto, los hallazgos de esta tesis sugieren que la interacción entre procesos físicas acoplados a procesos biológicos del zooplancton y micronecton, tales como la migración vertical y las interacciones tróficas, conforman un mecanismo efectivo dentro de la bomba biológica del carbono, promoviendo la conexión entre la alta productividad costera y el secuestro de carbono en el océano profundo.