¿Sabías que los pastos también crecen en el océano y fijan CO2?

En México, el ecosistema de pastos marinos se desarrolla a lo largo de la línea de costa, tanto del Pacífico1 como del Golfo de México.2 La cobertura vegetal y la diversidad de este ecosistema es diferente, debido a los siguientes factores: 1) heterogeneidad del suelo marino, 2) profundidad de la columna de agua, 3) tipo de sedimento, 4) cantidad de nutrientes, 5) aporte de agua dulce, 6) corrientes y mareas, 7) temperatura, 8) salinidad y 9) distribución de luz, entre las condiciones locales más relevantes.3, 4, 5

En el Pacífico mexicano, las especies más comunes son Zostera marina, Halodule wrightii, Ruppia marítima, Halophila decipiens.6 Por otro lado, en el Golfo de México, además de las ya mencionadas, también existen Thalassia testidinum y Halophila engelmanni.7 Los ecosistemas de pastos marinos pueden estar conformados por una sola especie (pradera monoespecífica) o varias de ellas (multiespecífica), dependiendo del tipo de sedimento. 8 Las algas son también un componente importante de las praderas de pastos marinos; en ocasiones, el incremento de macroalgas tiene un efecto negativo en los pastos marinos, porque disminuye tanto la cantidad de luz como la de oxígeno en la columna de agua.9

En la zona costera, los pastos marinos crecen cercanamente a los manglares y los arrecifes de coral, lo que da origen a un importante intercambio de energía —a través de las mareas, por ejemplo— además de materia o nutrientes.10
Servicios ecosistémicos de los pastos marinos

Se han categorizado en cuatro los beneficios que los seres humanos obtenemos de los ecosistemas; éstos son regulación, provisión, soporte y cultura. Los pastos marinos estabilizan el suelo al regular los procesos de erosión de la costa, porque las plantas realizan fotosíntesis y, consecuentemente, son productores primarios que, además de soportar la red trófica, proveen hábitat y alimento para crustáceos, peces, tortugas y el carismático dudongo (o sirenio); todos ellos son clave para el turismo de naturaleza.

Los ecosistemas de pastos marinos pueden estar conformados por una sola especie (pradera monoespecífica) o varias de ellas (multiespecífica), dependiendo del tipo de sedimento.

En términos de ciclos biogeoquímicos, los pastos marinos mitigan los efectos del cambio climático a través de la captura de CO2 y del almacenamiento de carbono (C) en biomasa y sedimentos.11 El transporte entre los pastos marinos y los ecosistemas aledaños puede presentarse en forma de carbono orgánico particulado (COP); por ejemplo: si una hoja muere, se fragmenta y es sedimentada o transportada a otro ecosistema (figura 1).

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Carbono azul: mitigación de los pastos marinos al cambio climático

Carbono azul es un término utilizado para definir el carbono capturado por los ecosistemas costeros y marinos, el cual se almacena tanto en la biomasa de las plantas como en el sedimento (figura 1); así, el depósito en biomasa ocurre a través de fijación y asimilación (figura 2), procesos que suceden en escalas temporales distintas.

El de fotosíntesis —por el que se incorpora CO2 en la planta— sucede en un periodo de horas durante el día; el de crecimiento de biomasa, en las hojas y raíces, ocurre en periodos de meses a años; mientras que el de acumulación de C en el suelo —el cual puede ser originado en la pradera o importado por otros ecosistemas— sucede en escalas que van de años a siglos.

El reservorio de C en biomasa puede ocurrir de manera subterránea y aérea. La primera se refiere, básicamente, a las raíces y al aérea del follaje (figura 1). Algunas praderas son permanentes, mientras que otras son estacionales; las primeras tienen una mayor capacidad de almacenamiento. El CO2, por otra parte, es liberado a la atmósfera cuando la descomposición o respiración es mayor que la fotosíntesis (figura 1).

Pastos marinos

Los pastos marinos tienen ciertas adaptaciones para vivir en el agua. Las hojas no tienen estomas (poros), la mayoría de los cloroplastos forman una capa en la pared de la epidermis y el mesófilo tiene una cavidad que puede almacenar oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2).

En términos generales, los pastos marinos son primos de los pastos terrestres; su metabolismo es predominantemente C3, esto significa que producen energía utilizando CO2. Los mecanismos típicos de una planta C3 son: carboxilación, reducción y regeneración.12 En la fase de carboxilación se combina el CO2 con una enzima llamada RuBP, útil para obtener fosfoglicerato, que es utilizado en la fase reductiva para formar 3-PGA con ayuda de ATP y NADPH (producidos en la fase luminosa).

La fase final es la regeneración de la RuPB que requiere ATP y utiliza el 3-PGA al producir triosas-P, las cuales son utilizadas en la sintetización de almidón en los cloroplastos y también para generar sacarosa (azúcar) que puede ser transportada a tejidos no fotosintéticos y así convertirse en fuente de energía o ser almacenada. Adicionalmente, los pastos marinos tienen la capacidad de absorber bicarbonato (HCO3) y transformarlo en CO2 para que esté disponible durante la fotosíntesis13 (figura 2).
El papel de los pastos marinos en el ciclo del carbono: monitoreo con la técnica de covarianza de vórtices

La capacidad fotosintética de los pastos marinos depende de variables como luz, temperatura, salinidad y nivel de la columna de agua; en general, variables ambientales y micrometeorológicas. A escala de ecosistema, la capacidad neta de la captura de C depende de las tasas de fotosíntesis, tasas de respiración y, en el caso de los ecosistemas acuáticos, también de la tasa de dilución del carbono inorgánico en la columna de agua.

El flujo del carbono se puede monitorear mediante varias técnicas:

La de covarianza de vórtices “Eddy Covariance” es una alternativa de monitoreo no invasivo, continuo, de alta resolución, mediante la cual se emplea una diversidad de sensores ambientales que se puede implementar bajo el agua (figura 3.a) o por encima de ésta (figura 3.b).

La técnica de Covariance bajo el agua se puede asentar en la columna del agua, para ello se instalan instrumentos que miden el O2 disuelto (derivado del proceso de fotosíntesis) y un velocímetro acústico de doppler (ADV, acustic doppler velocimeter) para medir la dirección y velocidad del flujo de agua (figura 3.a).15, 16

Estudios realizados con esta técnica bajo el agua han observado que la producción neta de O2 (hasta ~30 mmol? de O2 /m2 día) depende de la cantidad de luz que recibe la pradera y el contenido de fosfato en el sedimento.16

Por otro lado, la técnica de Covariance sobre el agua (figura 3.b) consiste en un anemómetro sónico —que calcula la velocidad y dirección del viento— y un analizador de gases en infrarrojo que mide la concentración de CO2 y el vapor de agua.17, 18 Así como en la técnica bajo el agua, se incorpora sensores adicionales para medir variables ambientales, en ésta técnica se procede con la misma metodología.

En estudios realizados en Francia y Japón, se encontró que, por lo general, las liberaciones de CO2 a la atmósfera correspondían a ciclos nocturnos asociados al incremento de la respiración del ecosistema.17 Adicionalmente, se ha observado que la temperatura y velocidad del viento influyen en los procesos de intercambio cuerpo de agua y atmósfera.19

Caso de estudio: Covarianza de vórtices en el Estero el Soldado (Guaymas, Sonora)

En este sitio, con financiamiento de Conacyt- Semarnat1 se estableció un sistema de covarianza de vórtices sobre el agua para caracterizar el papel que desempeñan los pastos marinos en el ciclo del C (figura 4).

Este estudio tiene dos etapas mediante las cuales se busca obtener datos de ecosistemas de pastos marinos de la región noreste (Sonora) y la región suroeste (Yucatán). En la primera fase, se estableció el sistema de monitoreo en el Estero El Soldado (Sonora), sitio en el que crece Zostera marina, cuyo desarrollo fenológico, al igual que otros pastos en el Golfo de California, es estacional, con un pico máximo de crecimiento en abril.20

El sistema de Covariance, instalado en el Estero el Soldado, es móvil y flotante.21 Sobre la plataforma de madera se coloca la fuente de energía; en este caso, paneles solares y los instrumentos que miden tanto los flujos como las variables meteorológicas (figura 4).
La información de Covariance nos ayuda a entender el comportamiento de los procesos ecosistémicos a distintas escalas; por ejemplo, con los datos obtenidos de junio a octubre observamos que la pradera de pastos marinos, durante el día, se comporta como sumidero de CO2; es decir, se trasporta CO2 de la atmósfera hacia la pradera (valores negativos) y, durante la noche, se comporta como fuente de CO2.

La pradera emite CO2 a la atmósfera —valores positivos— (figura 5). Esta pradera asimila hasta -2.07 gC/m2 día, como los pastos están en estado de latencia durante esta época de año, la función que tiene el fitoplancton —como parte del ecosistema de fijación de CO2— es muy importante (figura 5).

Las variables meteorológicas que son monitoreadas, a la par que los flujos de CO2, nos ayudan a entender a qué situación responden los pastos, así como otros productores y descomponedores. En la figura 6 podemos ver cómo la radiación solar (Rs) es dinámica: los días 25, 26 y 27 estuvieron nublados y esto generó una disminución de luz entrando al ecosistema. En respuesta a menor luz, la capacidad de fijación de CO2 del ecosistema disminuye.

En este estero ubicado al noreste de México, en el Golfo de California, la temperatura del aire (T-Air), en términos generales, es mayor que la del agua (T-Water) durante el día (esto fue observado en el verano). Sin embargo, cuando la radiación disminuye, la diferencia de temperatura entre el aire y el agua es menor y, durante la noche, el agua tiene mayor temperatura que el aire. En este periodo que las emisiones de CO2 del ecosistema son menores.

Por otro lado, la salinidad disminuye durante el día, situación asociada a la cantidad de luz disponible, lo que puede facilitar el proceso de fotosíntesis y, por lo tanto, la captura de CO2.

En otros estudios realizados en México, se ha analizado el papel de los pastos marinos en el ciclo del C, empleando técnicas analíticas. Destaca el estudio llevado a cabo en la Bahía San Quintín, donde se observó cambio del ecosistema de pastos, siendo heterótrofo durante el invierno y autótrofo durante el verano.22

De la dinámica observada hasta ahora, en forma estacional y cotidiana, resalta la importancia de contar con sistemas de monitoreo. Adicionalmente, dichos sistemas deberían mantenerse por un periodo largo (i. e. 5 años), de modo que fuese posible registrar diferentes sucesos como huracanes, temperatura, lluvia, surgencias marinas y/o florecimientos de algas. Esto para entender mejor la vulnerabilidad y respuesta del ecosistema de pastos marinos.

Importancia del monitoreo de los pastos marinos

Al igual que otros ecosistemas terrestres, costeros y marinos, los pastos marinos juegan un papel importante en el ciclo del C. Existe un esfuerzo nacional para monitorear a largo plazo la capacidad de secuestro de C y, con la colaboración de varias instituciones (Itson-Cinvestav, Mérida y UNAM-Sisal), se está trabajando en estudios comparativos.23 Estos esfuerzos son clave para contribuir a elaborar los informes de los inventarios de gases con efecto invernadero. El hecho de tener un sitio en pastos marinos es un gran avance para el estudio de los ecosistemas costeros que aún están sub-representados en estas redes.

Por otro lado, es importante difundir y concientizar sobre la existencia e importancia de los pastos marinos. Esto porque, al igual que otros ecosistemas, las actividades antropogénicas los ponen en riesgo; por ejemplo, las actividades agrícolas y acuícolas descargan una alta concentración de nutrientes, esto hace que las macroalgas epífitas que crecen sobre las hojas de los pastos marinos lo hagan en exceso, obstruyendo el paso de luz, con lo cual provocan su muerte. La disminución de praderas de pastos marinos tiene un impacto en toda la red trófica: incrementa la resuspensión de sedimento, hay pérdidas de hábitat para especies de peces y moluscos y disminuye el alimento para los consumidores heterótrofos.

Glosario

  • Fase reductiva: segunda etapa del Ciclo de Calvin, la coencima NADPH se utiliza para donar electrones o reducir a un intermediario de tres carbonos.
  • Fenología: ciencia que analiza la relación establecida entre factores climáticos y los ciclos de los seres vivos; en este caso, de la planta.
  • Fosfoglicerato: es una molécula de tres carbonos y fósforo, intermediaria en el Ciclo de Calvin.
  • gC: gramos de carbono.
  • Mesófilo: en la hoja, es el tejido que se encuentra entre la epidermis del haz y del envés.
  • NADPH: nicotinamida adenina dinucleótido fosfato, coenzima que interviene en el transporte de electrones.
  • Resuspensión: movimiento ascendente de sedimentos marinos.
  • RuPB: enzima formada por una molécula aceptora de cinco carbonos, ribulosa-1,5-bifosfato.
  • Triosas-P: enzima que cataliza la interconversión gliceraldehído-3-fosfato (GADP) y dihidroxiacetona fosfato (DHAP).
  • 3-PGA: moléculas de un compuesto de tres carbonos, ácido 3-fosfoglicérico.

Notas

Proyecto liderado por la Dra. Zulia M. Sánchez Mejía, del Instituto Tecnológico de Sonora, y la colaboración del cuerpo académico de Ciencias del Agua, el Dr. Jorge Herrera Silveira (CINVESTAV- Mérida), la Dra. Marylin Bejarano, el Dr. Bernardo Figueroa (UNAM-SISAL), el apoyo de CEDES (Comisión de Ecología y Desarrollo Sustentable del Estado de Sonora), el Biol. Mauricio Cervantes y estudiantes de licenciatura y posgrado.
El nivel de CO2 en agua o aire se mide en milimoles por litro (mmol/l) o en miligramos por decilitro (mg/dl)

Para mas información: Cyd conacyt

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