Zooplankton biomass and metabolism through image analysis systems. From the development and testing of metabolic equations to the assessment of carbon fluxes

Resumen

El zooplancton juega un papel fundamental en los ciclos biogeoquímicos oceánicos. Debido a su posición central en la red trófica, lleva a cabo un reciclaje y redistribución de materia y energía, tanto a diferentes niveles de la trama alimenticia como horizontal y verticalmente en la columna de agua. Comprender el papel del zooplancton en la bomba biológica y el ciclo del carbono en el océano requiere estimas precisas de la biomasa y el metabolismo de estas comunidades a gran escala. Estudiar la biomasa es relativamente asequible. Sin embargo, la metodología tradicionalmente usada para determinar el metabolismo consume mucho tiempo, impidiendo su aplicación en estudios sobre vastas regiones. Por su parte, los métodos enzimáticos, aunque útiles, presentan incertidumbres a la hora de aproximar las tasas metabólicas a partir de la actividad enzimática. En esta tesis desarrollamos y probamos herramientas alternativas con las que poder estimar la biomasa y los flujos de carbono mediados por el zooplancton a una escala espacial y temporal grande. Así, examinamos la validez de un sistema basado en el análisis de imágenes (IBS), en combinación con relaciones empíricas y ecuaciones metabólicas, para estimar la biomasa y el metabolismo del zooplancton en regiones subtropicales. Observamos que estos sistemas pueden resultar tan válidos como los métodos tradicionales y enzimáticos cuando las ecuaciones se ajustan a las condiciones de la región subtropical, si bien el empleo del IBS resultó ser un proceso más rápido y económico. En cualquier caso, los métodos enzimáticos parecen ser una mejor alternativa para determinar el metabolismo específico en determinados casos como, por ejemplo, a lo largo de series temporales. La fiabilidad del IBS para estudiar el zooplancton fue probada además en estructuras físicas en una región con una elevada actividad mesoescalar próxima a las Islas Canarias. Aquí, observamos un acoplamiento físicobiológico, pues la biomasa y el metabolismo del zooplancton se distribuyó siguiendo la señal tridimensional de las estructuras oceanográficas. A continuación, basándonos en los resultados obtenidos usando el IBS en la región subtropical, desarrollamos ecuaciones específicas de crecimiento y respiración del zooplancton, ajustadas a los rangos de temperatura dados en las principales regiones del océano global. Comparando diferentes ecuaciones y métodos a lo largo de la región ~40ºN-40ºS observamos que las estimas usando estas ecuaciones específicas para la temperatura eran comparables a las obtenidas por medio de métodos enzimáticos, y probablemente más precisas que usando las ecuaciones generalistas existentes para el océano global. Dada su utilidad, finalmente aplicamos estas ecuaciones específicas en el estudio del flujo activo por parte del zooplancton en el Atlántico tropical y subtropical (10ºS-25ºN). Remarcamos la contribución del zooplancton al funcionamiento de la bomba biológica, y la importancia de estudiar el flujo activo por medio de la mortalidad, pero también de la egestión y la excreción de amonio. Además, se ilustran las posibilidades futuras de predecir el carbono exportado por parte del zooplancton mediante el uso de datos de teledetección.