PLoS Biology, 2005; 3(4): (más artículos en esta revista)

Como la Antártida Recedes Ice Pack, un frágiles ecosistemas se bloquea en la Balanza

Biblioteca Pública de la Ciencia
Liza Gross
Resumen

Muchas especies claves del ecosistema marino antártico - incluyendo el krill, la columna vertebral de la cadena alimentaria - dependerá de la disponibilidad de invierno, el hielo marino. Si la temperatura global seguirá aumentando y el paquete de hielo de invierno sigue a disminuir, este frágil ecosistema marino antártico al borde del colapso

Desgarradoras historias de hambre y resistencia Antártida encarnar la "edad heroica", cuando los hombres equipados con poco más de fortaleza que luchar contra un paisaje aparentemente diseñado para frustrar sus intenciones. Una amenazante mar de hielo ocupa un lugar destacado en estas historias improbable supervivencia. Enormes a principios de siglo-20a-exploradores de la captura (y, en definitiva, de aplastamiento) Ernest Shackleton y del Endurance descarrilar Robert Scott's Discovery 1901-la expedición de temporada la barrera de hielo es el alma de los ecosistemas marinos de la Antártida.

Pero como el invierno las temperaturas siguen aumentando en la Antártida, una vez-que prohíbe el invierno el hielo marino está comenzando a deteriorarse. La bolsa de hielo se forman más tarde y en retirada antes-y es teniendo un fuerte impacto en la abundancia de krill, la columna vertebral de la cadena alimenticia antártica.

"El hielo marino es el motor que impulsa los ecosistemas antárticos", dice William Fraser, un investigador principal para el Palmer de Investigación Ecológica a Largo Plazo programa (LTER) y presidente del Grupo de Investigación Polar océanos en Montana. "Muchas de las especies clave que rigen la dinámica de los ecosistemas en la Antártida tienen historias de vida que dependerá de la disponibilidad de invierno, el hielo marino. Las especies más importantes en la mayoría de los sectores de la Antártida es el krill ".

Una importante fuente de alimento para los peces antárticos, pingüinos, aves marinas pelágicas, focas, y ballenas, krill ( Euphausia superba ) Parecen camarón, pero sólo un gramo de peso que los adultos y medir unos seis centímetros de largo (Figura 1]. Noruego para "ballena alimentos", krill en la super-global enjambres que pueden alcanzar una densidad de 30000 individuos por metro cuadrado, que atrae a las ballenas, que pueden comer tres toneladas de krill en una sola alimentación, y pesca, que en promedio neta de 100000 toneladas métricas Por año.

Las aguas de la Península Antártica favor de alta concentración de krill. "Una vez que usted entra en ambientes extremos, tales como el Océano Austral, la diversidad, pero se reducirá el número de personas aumente, dado que la producción puede ser muy alta", dice Scott Gallager, biólogo marino en el Woods Hole Oceanographic Institution (Woods Hole, Massachusetts, Estados Unidos).

La producción es particularmente alto mar a lo largo del borde de hielo, dice, debido a que el hielo es más delgado, que permite penetrar más a la luz del sol, porque los océanos y los procesos de mezcla a lo largo de la plataforma continental causar un afloramiento de nutrientes ricos en aguas profundas. El aumento de nutrientes aumento de la producción primaria de apoyo a lo largo del borde de hielo. "Si el hielo formas demasiado tarde", dice Gallager, "usted no lo hace de producción más elevados, lo que repercute poblaciones de zooplancton como el krill que se alimentan de larvas de la capa de hielo bajo la superficie, alimentándose de algas de hielo. El borde de hielo es un hábitat crítico absolutamente, una guardería infantil, para las larvas de krill ".

Sin embargo, este punto de acceso de krill está mostrando algunos de los más dramáticos cambios en la extensión del hielo marino. Fraser dice que el occidental de la península Antártica ha registrado el "mayor incremento de las temperaturas del planeta"-del orden de 6 grados Celsius-durante los últimos 50 años. Esta tendencia al calentamiento, dice, ha sido especialmente pronunciada en el invierno-"crujido momento" clave para muchas especies de la Antártida.

"Hubo un tiempo en que casi todos los de invierno experimentado muy pesada el hielo marino", dice Fraser, "la mano en el Paso Drake." Donde una vez pesado el hielo marino se forma, en promedio, cuatro de cada cinco años, dice, ahora que las formas Sólo uno o dos años de cada cinco (Recuadro 1]. En un año típico, el hielo empieza a formar el más frío en las regiones a lo largo de la costa sur a finales de marzo / principios de abril (otoño austral), entonces trabaja su camino hasta la costa. Pero tarde hielo años son cada vez más comunes, con la formación de hielo entre dos y tres semanas más tarde. "Estos patrones son completamente diferentes de los patrones que existían en fecha tan reciente como 30 a 40 o 50 años atrás", dice Fraser. "Todo el sistema se está convirtiendo en unhinged como resultado de este enorme calentamiento".

Retirada del hielo marino y de la disminución de krill

En noviembre de 2004, el estudio más exhaustivo hasta la fecha de la distribución y la abundancia de krill en el Océano Austral informaron de una catastrófica caída en el número de krill. Angus Atkinson, un biólogo marino con el British Antarctic Survey, dirigido el estudio. "Nos reúne todas las muestras de la red que podríamos sentar en nuestras manos que se había obtenido en el Océano Austral durante los últimos 80 años," dice Atkinson, el análisis de cerca de 12000 lances de krill verano neto tomado de 1926-1939 y de 1976-2003.

"El Océano Austral es una enorme zona, y al menos la mitad de las existencias de krill son comparativamente estrecha en este sector entre el sur de África y la Península Antártica", dice. Su equipo encontró una correlación positiva entre el mar cubierta de hielo de invierno y la abundancia de krill en el verano siguiente. No hay pruebas de una disminución general en invierno la extensión del hielo marino y la duración, dice Atkinson, y de una disminución general en las poblaciones de krill hacia abajo del 80% en los últimos 30 años-sobre todo el sector suroeste del Atlántico.

Aunque las poblaciones de krill mostraron grandes fluctuaciones en los primeros años, el promedio de sus números fueron más altos durante un período más largo, explica Volker Siegel, un biólogo de krill con el Instituto de Investigación de Pesca del Mar en Hamburgo, Alemania, que trabajó con Atkinson. "Cuando en los primeros días puede que 100 krill por metro cuadrado en promedio-con fluctuaciones entre, por ejemplo 20 y 300-hoy en día que puede recibir el 20 por metro cuadrado, que pasa de 50 a cinco individuos por metro cuadrado."

Atkinson Siegel Ni tampoco puedo decir con seguridad lo que está provocando el descenso, pero ambos dicen que el invierno, el hielo marino es claramente jugar algún papel. Krill viven alrededor de cinco a seis años. Durante la temporada de cría, de diciembre a marzo, los embriones son liberados en la columna de agua superior, y las larvas eclosionan a profundidades que van desde 400 metros a 1.500 metros, a diferencia de muchos otros peces y larvas de invertebrados, que eclosionan en la superficie. Las larvas tienen que nadar a través de la columna de agua para llegar a la superficie del mar. A diferencia de los adultos, krill larvas no tienen suficiente grasa corporal para llevarlas a través de la escasez de alimentos. "Van a morir de hambre si tienen que confiar en la columna de agua de las distribuciones de alimentos, y allí es donde viene el hielo en el mar," dice Atkinson. "El hielo puede también abrigo de depredadores, pero de una u otra manera, el hielo en el invierno es bueno para los jóvenes de krill".

"Tenemos que conocer lo que está causando estos cambios y, a continuación, podemos empezar a predecir lo que va a pasar con los futuros escenarios del cambio climático," dice Atkinson. "La otra cosa que tenemos que hacer es buscar alternativas a las cosas que podrían estar afectando el krill. Podemos encontrar hay otras cosas, así como la disminución del hielo marino, como su alimentación, o podría haber un cambio en la fertilización de las aguas. "

Acompañando a la disminución de la abundancia de krill, Atkinson y Siegel encontró un aumento en salps, transparente gelatinosa criaturas que normalmente habitan en aguas más cálidas que el krill. En la expansión de aguas más cálidas, salp poblaciones están aumentando en la parte sur de su área de distribución y sustitución de la krill. La mayoría de los depredadores de krill-dependiente no comen salp.

Fluctuación disminución de krill en la cadena alimentaria hasta

En una audiencia sobre los efectos del cambio climático antes de que el Senado de los Estados Unidos Comité de Comercio, Ciencia y Transporte, en mayo de 2004, del LTER Fraser, declaró que la zona occidental de la península Antártica es frío y seco polar ecosistema marino está siendo gradualmente sustituido por un cálido, húmedo clima marítimo. Aunque todos los componentes principales de la red de alimentos están respondiendo a estos cambios, dice Fraser, la prueba más clara proviene de los estudios de dos especialmente sensibles indicadores del cambio climático: el krill y los pingüinos. "Las tendencias de las poblaciones de pingüinos siempre algunas de las primeras pruebas de que el mar de hielo en algunas zonas las condiciones se están deteriorando en respuesta a un calentamiento del clima", dijo a los senadores Fraser.

Esta evidencia ha venido de la propia Fraser estudios, en los últimos 30 años, de tres especies de pingüinos antárticos que comparten similares historias de vida (entre ellos un aficionado a la krill), pero muestran fuertes contrastes en su relación con el mar de hielo (Figura 2]. Por Adélie ( Pygoscelis adeliae ) Pingüinos, la presencia de hielo marino es absolutamente esencial para la supervivencia. Chinstrap ( P. Antártida ) Y Gentoo ( P. Papua ), Los pingüinos, por el contrario, requieren la ausencia de hielo marino. "Pingüinos Adélie han experimentado una disminución de casi el 70% de sus poblaciones en nuestros sitios de estudio en Anvers Island [Estación Palmer] en la zona occidental de la península Antártica durante los últimos 30 años", dice Fraser, "y hay pruebas de que otros que dependen de los depredadores de krill son Empezando a disminuir. "

Eso es una pérdida de 10000 parejas reproductoras desde 1975. Los principales factores que subyacen a esta caída, dice Fraser, están en retirada del hielo marino y el aumento de las nevadas. (La pérdida de hielo marino aumenta el flujo de vapor de agua del océano abierto a la atmósfera, el aumento de las precipitaciones.) "Cuando el hielo marino formas", explica, "que cubre estas regiones de alta producción y las aves son capaces de plop En el agua en muy buenas zonas de alimentación. "Con una historia de vida acostumbrados a la formación de hielo marino en puntos críticos de su ciclo de vida, Adélies se encuentran frente a un ciclo impredecible mar de hielo que supera su capacidad de adaptación. "Las aves no tienen la capa de hielo cuando lo necesitan," dice Fraser. Como si la pérdida de hábitat crítico de invierno no fueron suficientemente malo, Adélies también tienen que hacer frente los efectos del aumento de las nevadas. Cuando la nieve se derrite en la primavera, es inundando sus áreas de anidación y los ahogamientos sus huevos y polluelos.

Las tendencias de la población para "evitar el hielo" chinstraps y gentoos son muy diferentes. Ambas especies están aumentando sus poblaciones y comienzan a sustituir los pingüinos Adélie través de una gama amplia en la zona occidental de la península Antártica. "Estamos viendo la cría de los pingüinos gentoo en la Estación Palmer", dice Fraser, con un rastro de estupor. "El paleoecológicas expediente no muestra que las especies en nuestros sitios de estudio en los últimos 800 años."

Aunque chinstraps y gentoos también dependerá de krill, que ha estado involucrado con la disminución de krill por comer más pescado y calamares (que, no casualmente, también comen krill). Fraser cree que esta flexibilidad de la dieta, junto con la mayor disponibilidad de aguas abiertas y un calendario de fines de cría (que protege sus huevos y polluelos deshielo de la nieve de primavera), explica en gran parte su gama de extensión.

"Adélies no parecen capaces de ajustar nada acerca de su historia de vida", dice Fraser. "Son difíciles de cable a su zona de cría, volviendo a una zona año tras año tras año, a pesar de las condiciones se están deteriorando". Y así, sus números siguen a caer en picado como pollitos más perecedero. Otro dependiente de hielo, el krill se alimentan de las especies de pingüinos, el emperador ( Aptenodytes forsteri ), No va mejor. "Tenemos sólo un emperador colonia en nuestra región de estudio, y es la disminución muy rápida", dice Fraser. "Ha pasado de 300 parejas reproductoras a nueve. Están en vías de extinción en nuestra región de estudio. "

Una cuestión de la sostenibilidad

Una cuestión importante en la elaboración de estrategias para proteger a las poblaciones de krill se refiere a los efectos de la pesca de krill. Desde drásticas disminuciones se han producido en la ausencia de grandes pesca, que es especialmente importante para establecer la dinámica de la población de krill antártico. Siegel trabaja con la Convención para la Conservación de los Recursos Vivos Marinos Antárticos (CCRVMA) para desarrollar regulación de la pesca sostenible. Sobre la base de una estimación puntual de 44 millones de toneladas de krill en el sector suroeste del Atlántico en 2000, la Comisión calculó un rendimiento potencial de 4 millones de toneladas, muy por encima de la media de 100000 toneladas métricas de capturas de hoy. Siegel cree que la pesca no son una amenaza importante para las poblaciones de krill en este punto, pero dice que hay mucho que aprender acerca de la estructura de la población de krill.

Gallager no está tan seguro acerca de los efectos de la pesca de krill. Algunos de pesca de krill operar cerca de la isla de Georgia del Sur, al este de las Islas Falkland. "Sabemos que estas poblaciones no son autosuficientes, sino que requieren la contratación de los adultos de otros lugares, y probablemente de las regiones occidentales a lo largo de la península de la Antártida", dice Gallager. "Si vamos y en las poblaciones de peces que no son de la siembra, entonces podían ser totalmente eliminados." Por eso es fundamental saber a qué poblaciones, en su caso, se autofinancien, dice. "Y no sabemos mucho acerca de que a todos".

Con ese fin, Gallager está trabajando en una infrautilización de hielo "zooplancton observatorio" que se sentaría en la parte inferior del suelo del océano y continuamente en libertad a un paquete de flotación "de una vez por hora, de esperar para los próximos diez años"-y equipado con sonar Sensores ópticos a la superficie, entonces sí bajará cabrestante nuevo. El plan consiste en desplegar el observatorio frente a la Estación Palmer, en mayo de 2006. La esperanza es que los datos reunidos sobre hibernar larval krill arroje luz sobre los factores que influyen en la supervivencia de krill a largo plazo. "Puede ser que este acoplamiento entre larval krill y el hielo es, en realidad, en que toda la cuestión de la dinámica de la población de krill", dice Gallager-en cuyo caso, la comprensión de la forma en que el hielo se mueve en relación con las corrientes de agua y viento de cizalla más de la parte superior será fundamental .

Muchos otros aspectos de la biología de krill permanecen oscuros también. Los biólogos aún no comprenden con precisión los mecanismos necesarios para impulsar el crecimiento de las larvas, la reproducción y reclutamiento (reposición de la población con nuevos individuos), o cómo las fluctuaciones de temperatura afectan el metabolismo y la tasa de crecimiento de las larvas. Robusto pruebas de larga data de las teorías de cómo la virtud de la capa de hielo del hábitat sostiene krill larvas requieren mucho más datos cuantitativos-en el tiempo y en una amplia escala sobre-abundancia de larvas, distribución, y la conducta de forrajeo. Pero la compensación de krill no es fácil. Las larvas tienden a organizarse en cuña rincones y crannies, desafiando a los buceadores' nab intentos de ellos al mismo tiempo, proteger sus redes de cara-cargado con aún más costoso equipo electrónico-desde el hielo.

Sea cual está detrás de la correlación entre la disminución del hielo marino y de la disminución de krill, el futuro del ecosistema antártico cuelga en la balanza. Un informe de 2001 del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático predice que la Península Antártica experimentará algunos de los más grandes, más rápidos cambios climáticos en la Tierra. Si estas tendencias de aumento de las temperaturas y la disminución del hielo marino seguir, dice Fraser's LTER, "lo que vamos a ver en los próximos diez, 20, 30 años es un sistema que es completamente diferente de la que existe ahora. Adélies se convertirá regional extinguido ".

Al concluir su testimonio sobre los efectos del cambio climático, Fraser advirtió a los EE.UU. comité del Senado que, si continúa el calentamiento futuro y el ciclo de hielo pesado años supera el período de vida de krill, las especies se enfrentan a una crisis de reproducción. Y eso, dijo, "tendrá consecuencias catastróficas para la integridad de este ecosistema marino".

En 1912, en aras de unos pocos huevos de pingüino emperador, Apsley Cherry-Garrard y dos miembros de Scott nefasto soportado expedición polar Cherry-Garrard lo que llama "las extremidades de sufrimiento", de las que sólo "la locura o la muerte puede dar socorro". El grupo cree que los huevos podría demostrar que los pingüinos son el eslabón perdido entre "las aves y los reptiles, las aves de la que han surgido".

Nuestro entendimiento ha avanzado años luz desde entonces, haciendo que tales nociones casi pintorescas. Cherry-Garrard y sus compañeros pensaron que prohíbe la Antártida paisaje inmune a los ataques humanos. Hoy, con esta idea, también, demostrado falso, uno se pregunta si el daño puede revertirse. Atkinson en la frase diplomática, "hay cuestiones políticas involucradas" en el que el calentamiento global se refiere. Pero el tiempo sigue pasando. Si se derrumba el ecosistema antártico, no será porque los científicos estaban fuera sobre una equivocada búsqueda de huevos de pingüinos.