Relación entre el tamaño celular, la abundancia y el metabolismo en el fitoplancton marino

Resum

El estudio del tamaño corporal como una aproximación integrativa para comprender la estructura y función de las comunidades de fitoplancton resulta particularmente apropiado si consideramos que el tamaño celular del fitoplancton varía cerca de ocho órdenes de magnitud en volumen y que influye en casi cada aspecto de su fisiología, ecología y evolución. Además, la estructura de tamaños del fitoplancton es un factor clave en el control del funcionamiento de los ecosistemas pelágicos desde el punto de vista ecológico y biogeoquímico. Finalmente, las características ambientales, tanto abióticas como bióticas, parecen ejercer un efecto diferencial entre las distintas clases de tamaño del fitoplancton. Por lo tanto, el marco conceptual de la presente Tesis es que el tamaño celular constituye una herramienta macroecológica para reducir la complejidad de las comunidades de fitoplancton a patrones generales que ayuden a entender el funcionamiento de los ecosistemas marinos. Dentro de este marco, nuestro principal objetivo es determinar la naturaleza y variabilidad de la relación entre el tamaño celular del fitoplancton, la abundancia, la biomasa y la tasa metabólica en comunidades naturales de fitoplancton. Para llevar a cabo este objetivo, en la presente Tesis estudiamos la relación entre el tamaño celular, la tasa de fijación fotosintética, la abundancia y la biomasa en comunidades naturales de fitoplancton de dos ecosistemas marinos contrastados: las regiones oligotróficas del océano Atlántico tropical y subtropical y el ecosistema costero más productivo e hidrodinámico de la plataforma del Noroeste de la Península Ibérica. Los resultados obtenidos pueden ser resumidos en las siguientes conclusiones: 1) La relación potencial inversa entre la abundancia total y el tamaño celular del fitoplancton es persistente a través de la columna de agua y a lo largo de distintas escalas de tiempo estacionales e interanuales en un ecosistema altamente dinámico y productivo como es la plataforma del noroeste de la Península Ibérica. La pendiente de la relación general encontrada entre la abundancia celular y el tamaño celular del fitoplancton (-0.96) sugiere que, en este ecosistema, aproximadamente iguales cantidades de biomasa estuvieron presentes a lo largo de las clases de tamaño incluidas dentro del rango del nano- y micro-fitoplancton. Además, escasa variabilidad fue encontrada en los valores de las pendientes de las distintas relaciones tamaño-abundancia calculadas para situaciones hidrográficas diferentes, sugiriendo que tanto el nano- como el micro-fitoplancton responden de manera similar ante cambios en las condiciones ambientales en el ecosistema costero estudiado. 2) La respuesta del fitoplancton al forzamiento ambiental asociado al afloramiento ecuatorial del océano Atlántico varió entre las distintas clases de tamaño: mientras el nano- y micro-fitoplancton mostraron mayores tasas de crecimiento, se observó un mayor efecto estimulante del crecimiento del fitoplancton pequeño debido al aumento del suministro de nutrientes. Esta última observación es explicada considerando la dinámica del afloramiento ecuatorial del océano Atlántico, un fenómeno hidrográfico caracterizado por el modesto y persistente suministro de nutrientes a la capa eufótica. Además, el aumento detectado en las tasas totales de crecimiento del fitoplancton en el afloramiento ecuatorial sugiere la limitación por nutrientes de la fisiología del fitoplancton en el océano Atlántico central. 3) A partir de la estimación in situ de la tasa de fijación de carbono en comunidades naturales y locales de fitoplancton de un ecosistema oligotrófico próximo al estado estacionario, confirmamos la no aplicabilidad de la ley de los 3/4 de Kleiber al metabolismo del fitoplancton, y, por tanto, negamos la universalidad de dicha ley. La relación isométrica encontrada entre la fijación de carbono y el tamaño celular del fitoplancton probablemente es el resultado de las estrategias fisiológicas especie-específicas de las especies de fitoplancton de mayor tamaño que les permiten superar las limitaciones debidas al tamaño celular en lo que se refiere a la captación y uso de los recursos. La relación lineal encontrada entre la abundancia total y el tamaño celular del fitoplancton en el océano Atlántico tropical y subtropical está caracterizada por pendientes más negativas y menos variables (-0.97 y -1.29), reflejando la mayor abundancia de las células de pequeño tamaño en comparación con los ecosistemas costeros. Además, el análisis simultáneo de la relación entre el tamaño celular, la abundancia y la tasa de fijación de carbono del fitoplancton sugiere que la estructura de tamaños observada en este tipo de ecosistema puede explicarse a partir de la relación entre la tasa metabólica y el tamaño, y que el uso total de la energía por parte de las comunidades de fitoplancton es independiente del tamaño. Este último resultado podría ayudar a explicar la persistencia de las especies de fitoplancton de mayor tamaño, a lo largo de escalas evolutivas, en los ecosistemas en estado estacionario del océano abierto.