Ciencias acuáticas

La ciencia acuática es el estudio de los diversos cuerpos de agua que componen nuestro planeta, incluyendo los ambientes oceánicos y de agua dulce . ^{[ 1 ]} Los científicos acuáticos estudian el movimiento del agua , la química del agua, los organismos acuáticos, los ecosistemas acuáticos , el movimiento de materiales dentro y fuera de los ecosistemas acuáticos y el uso del agua por los humanos, entre otras cosas. Los científicos acuáticos examinan los procesos actuales, así como los procesos históricos, y los cuerpos de agua que estudian pueden variar desde áreas diminutas medidas en milímetros hasta océanos enteros. Además, los científicos acuáticos trabajan en grupos interdisciplinarios . Por ejemplo, un oceanógrafo físico podría trabajar con un oceanógrafo biológico para comprender cómo los procesos físicos, como los ciclones tropicales o las corrientes de resaca , afectan a los organismos en el Océano Atlántico . Los químicos y biólogos, por otro lado, podrían trabajar juntos para ver cómo la composición química de un determinado cuerpo de agua afecta a las plantas y animales que lo habitan. Los científicos acuáticos pueden trabajar para abordar problemas globales como el cambio oceánico global y problemas locales, como tratar de comprender por qué un suministro de agua potable en un área determinada está contaminado. ^{[ 1 ]}

Existen dos campos de estudio principales que se engloban dentro del campo de las ciencias acuáticas. Estos campos de estudio incluyen la oceanografía y la limnología .

La oceanografía se refiere al estudio de las características físicas, químicas y biológicas de los ambientes oceánicos. Los oceanógrafos estudian la historia, el estado actual y el futuro de los océanos del planeta. ^{[ 2 ]} También estudian la vida marina y los ecosistemas, la circulación oceánica, la tectónica de placas , la geología del fondo marino y las propiedades químicas y físicas del océano.

La oceanografía es interdisciplinaria. Por ejemplo, existen oceanógrafos biológicos y biólogos marinos. Estos científicos se especializan en organismos marinos. Estudian cómo se desarrollan estos organismos, sus relaciones entre sí y cómo interactúan y se adaptan a su entorno. Los oceanógrafos biológicos y los biólogos marinos suelen utilizar observaciones de campo , modelos informáticos , experimentos de laboratorio o experimentos de campo para sus investigaciones. En el campo de la oceanografía, también existen oceanógrafos químicos y químicos marinos. Las áreas de interés de estos científicos son la composición del agua de mar . Estudian los procesos y ciclos del agua de mar, así como su interacción química con la atmósfera y el lecho marino. Algunos ejemplos de trabajos que realizan los oceanógrafos químicos y los químicos marinos son el análisis de los componentes del agua de mar, la exploración de los efectos de los contaminantes en el agua de mar y el análisis de los efectos de los procesos químicos en los animales marinos. Además, un oceanógrafo químico podría utilizar la química para comprender mejor cómo las corrientes oceánicas mueven el agua de mar y cómo el océano afecta al clima. También podrían buscar recursos oceánicos que podrían ser beneficiosos, como productos con propiedades medicinales.

El campo de la oceanografía también incluye a oceanógrafos geólogos y geólogos marinos, quienes estudian el fondo oceánico y cómo se formaron sus montañas , cañones y valles . Los oceanógrafos geólogos y geólogos marinos utilizan el muestreo para examinar la historia de la expansión del fondo marino, la tectónica de placas, la circulación termohalina y los climas. Además, estudian los volcanes submarinos , así como el manto (geología) y la circulación hidrotermal . Su investigación nos ayuda a comprender mejor los eventos que llevaron a la creación de cuencas oceánicas y cómo el océano interactúa con el lecho marino . Por último, dentro del campo de la oceanografía, se encuentran los oceanógrafos físicos. Los oceanógrafos físicos son expertos en las condiciones y procesos físicos que ocurren naturalmente en el océano. Estos incluyen olas , corrientes , remolinos , giros , mareas y erosión costera . Los oceanógrafos físicos también estudian temas como la transmisión de luz y sonido a través del agua y los efectos que el océano tiene sobre el tiempo y el clima . Todos estos campos están interrelacionados. Para que un oceanógrafo tenga éxito en su campo, necesita tener un conocimiento adecuado de otras ciencias relacionadas, como la biología , la química y la física . ^{[ 3 ]}

La limnología es el estudio de los ecosistemas de agua dulce, como ríos , arroyos , lagos , embalses , aguas subterráneas y marismas . Los limnólogos trabajan para comprender los diversos factores naturales y artificiales que afectan a nuestros cuerpos de agua, como los pesticidas, la temperatura , la escorrentía y la vida acuática . Por ejemplo, un limnólogo podría estudiar los efectos de los pesticidas en la temperatura de un lago o intentar comprender por qué está disminuyendo una determinada especie de pez en el río Nilo .

Para comprender mejor lo que estudian, los limnólogos emplean tres técnicas principales. La primera se basa en la observación . Realizan observaciones descriptivas de las condiciones y registran cómo han cambiado con el tiempo. Estas observaciones les permiten formular teorías e hipótesis . La segunda técnica consiste en la experimentación . Llevan a cabo experimentos controlados en condiciones de laboratorio para comprender mejor el impacto de pequeños cambios individuales en el ecosistema . Finalmente, formulan predicciones . Tras realizar sus experimentos, aplican lo aprendido a los datos conocidos del ecosistema en general y hacen predicciones sobre el entorno natural .

Dentro del campo de la limnología, existen áreas de estudio más específicas. Una de ellas es la ecología , en particular la ecología de los sistemas acuáticos. La ecología de los sistemas acuáticos se centra en los organismos que viven en ambientes de agua dulce y cómo se ven afectados por los cambios en su hábitat. Por ejemplo, un limnólogo especializado en ecología podría estudiar cómo los cambios químicos o de temperatura en un cuerpo de agua inhiben o favorecen el crecimiento de nueva materia orgánica . Otro aspecto que pueden examinar son los efectos de una especie no nativa en las poblaciones nativas de vida acuática. La mayoría de los limnólogos ecológicos realizan sus estudios en laboratorios, donde sus hipótesis pueden ser probadas, verificadas y controladas. Otra área de estudio dentro de la limnología es la biología. Los limnólogos que se especializan en biología estudian únicamente los organismos acuáticos vivos presentes en un determinado ambiente de agua dulce. Su objetivo es comprender diversos aspectos de los organismos, como su historia, sus ciclos de vida y sus poblaciones. Estos científicos estudian los organismos vivos para apoyar la gestión adecuada de los cuerpos de agua dulce y sus ecosistemas. ^{[ 4 ]}

La mayoría de los ambientes acuáticos contienen tanto plantas como animales. Las plantas acuáticas son aquellas que crecen en el agua. Ejemplos de plantas acuáticas son los nenúfares , los corazones flotantes, la planta reticular, las praderas marinas y el fitoplancton. Las plantas acuáticas pueden estar enraizadas en el lodo, como la flor de loto , o pueden encontrarse flotando en la superficie del agua, como el jacinto de agua . ^{[ 5 ]} Las plantas acuáticas proporcionan oxígeno, alimento y refugio a muchos animales acuáticos. Además, la vegetación subacuática proporciona a varias especies de animales marinos zonas para desovar, criar, refugiarse y alimentarse. ^{[ 6 ]}

Las praderas marinas , por ejemplo, son una fuente vital de alimento para los peces comerciales y recreativos. Las praderas marinas estabilizan los sedimentos, producen la materia orgánica que necesitan los pequeños invertebrados acuáticos y añaden oxígeno al agua. El fitoplancton también es una clase importante de plantas acuáticas. El fitoplancton es similar a las plantas terrestres en que requiere clorofila y luz solar para crecer. La mayoría del fitoplancton es flotante, flotando en la parte superior del océano, donde la luz solar penetra el agua. Hay dos clases principales de fitoplancton: dinoflagelados y diatomeas. Los dinoflagelados tienen una cola en forma de látigo llamada flagelo , que utilizan para moverse a través del agua, y sus cuerpos están cubiertos de conchas complejas. Las diatomeas , por otro lado, tienen conchas, pero están hechas de una sustancia diferente. En lugar de depender de flagelos para viajar a través del agua, las diatomeas utilizan las corrientes oceánicas . Ambas clases de fitoplancton proporcionan alimento a una variedad de criaturas marinas, como camarones , caracoles y medusas . ^{[ 7 ]}

Tanto los animales como las plantas acuáticas contribuyen a la salud de nuestro medio ambiente y a la calidad de vida humana. Los seres humanos dependemos de sus funciones ecológicas para nuestra supervivencia. Utilizamos las aguas superficiales y sus habitantes para procesar nuestros desechos. ^{[ 8 ]} Las plantas y los animales acuáticos nos proporcionan necesidades como medicinas, alimentos, energía, refugio y diversas materias primas. Hoy en día, más del 40 % de los medicamentos se derivan de plantas y animales acuáticos. ^{[ 8 ]} Además, la fauna acuática es una importante fuente de alimento para muchas personas. ^{[ 8 ]} Asimismo, la fauna acuática es una gran fuente de oxígeno atmosférico y desempeña un papel fundamental en la prevención de enfermedades , plagas, depredadores , escasez de alimentos y el cambio climático global . ^{[ 8 ]}

Los animales acuáticos son organismos que pasan la mayor parte de su vida bajo el agua. Estos animales incluyen crustáceos , reptiles , moluscos , aves acuáticas , insectos acuáticos e incluso estrellas de mar y corales . ^{[ 9 ]} Desafortunadamente, los animales acuáticos enfrentan muchas amenazas, la mayoría de las cuales resultan de los comportamientos humanos. Una de las principales amenazas que enfrentan los animales acuáticos es la sobrepesca . Los científicos han encontrado una manera de reponer las especies de peces que los humanos han sobreexplotado mediante la creación de áreas marinas protegidas o zonas de regeneración de peces ^{[ 10 ]} Estas zonas de regeneración de peces ayudan a proteger sus ecosistemas y a reconstruir su abundancia. ^{[ 11 ]} Otra amenaza que enfrentan los animales acuáticos es la contaminación , particularmente la contaminación costera. Esta contaminación es causada por la agricultura industrial . Estas prácticas agrícolas resultan en el vertido de nitrógeno y fósforo reactivos a los ríos, que luego son transportados al océano. Estos químicos han creado lo que se conoce como "zonas muertas" , que es cuando hay menos oxígeno en el agua. Además, otra amenaza perjudicial que enfrentan los animales acuáticos es la amenaza de destrucción del hábitat . Esto se puede ejemplificar con la tala de manglares para la producción de camarones y la erosión de cadenas montañosas submarinas mediante la pesca de arrastre en aguas profundas . Otras amenazas que enfrentan los animales acuáticos son el calentamiento global y la acidificación . El calentamiento global es responsable de la muerte de las algas que mantienen vivos a los corales, obligando a las especies a abandonar sus hábitats naturales y a desplazarse a nuevas áreas, y de la subida del nivel del mar. La acidificación, por otro lado, está disminuyendo el nivel de pH de los océanos. Los altos niveles de acidez en el agua impiden que los organismos marinos calcificadores , como los corales, formen conchas. ^{[ 10 ]}

Aunque actualmente no existen muchos días festivos formales que celebren la ciencia acuática, se ha creado uno nuevo: el Día Mundial de los Animales Acuáticos. Este día se estableció el 3 de abril de 2020 con el fin de concienciar sobre estos animales, a menudo olvidados. ^{[ 9 ]} La celebración surgió como un proyecto de la Iniciativa de Derecho de los Animales Acuáticos y la Clínica de Derecho Animal de la Facultad de Derecho Lewis & Clark, como parte del Centro de Estudios de Derecho Animal. Además de concienciar sobre estos animales, este día festivo busca aumentar nuestra apreciación y comprensión de ellos. En este contexto, la definición de animales acuáticos no se limita a los peces. ^{[ 9 ]}

Los estudios actuales en ciencias acuáticas se han expandido enormemente para identificar problemas ambientales y nuevas prácticas de recuperación. Diversos estudios multidisciplinarios han contribuido a comprender los factores de estrés y las intervenciones que afectan a los sistemas acuáticos en todo el mundo.

La contaminación por microplásticos es una preocupación importante. Los microplásticos están muy extendidos en los ecosistemas marinos y de agua dulce, y se ha comprobado que afectan a una amplia gama de organismos acuáticos. Se ha demostrado que los microplásticos alteran el comportamiento alimentario, las tasas de crecimiento y la salud reproductiva de las especies. Además, pueden adsorber y liberar sustancias químicas tóxicas, lo que aumenta sus efectos ecológicos. ^{[ 12 ]}

Otro aspecto crítico es el efecto de la combinación de factores de estrés ambiental, como el calentamiento global, la eutrofización y la escorrentía de plaguicidas, sobre las comunidades microbianas acuáticas. Los experimentos han demostrado que la acumulación de protozoos, que desempeñan un papel fundamental en el ciclo de nutrientes y la estabilidad de la red trófica, es particularmente vulnerable a estos factores de estrés combinados. Los efectos acumulativos pueden provocar alteraciones en la estructura de la comunidad, pérdida de biodiversidad y deterioro de la función del ecosistema. ^{[ 13 ]}

En cuanto a las medidas de restauración, se ha demostrado que la rehabilitación de la vegetación acuática es un enfoque eficaz para la recuperación del ecosistema. Investigaciones realizadas en los lagos Caizi, China, mostraron que la restauración de la vegetación acuática condujo a una mejor calidad del agua y a un aumento de la diversidad del fitoplancton. ^{[ 14 ]}

La modelización matemática también ha adquirido una importancia creciente en la ciencia acuática. Mediante el uso de técnicas de estabilidad de Ulam-Hyers-Rassias, los investigadores han desarrollado modelos que simulan los impactos del calentamiento global en los ecosistemas acuáticos. Estos modelos proporcionan predicciones sobre cómo la variabilidad climática a largo plazo puede afectar la biodiversidad y la productividad. ^{[ 15 ]}

En las regiones costeras, los hábitats artificiales se utilizan cada vez más para rehabilitar la biodiversidad marina y apoyar la pesca. Estructuras como los arrecifes artificiales proporcionan hábitats para los organismos marinos y pueden ayudar a compensar la pérdida de hábitat causada por el desarrollo costero y la sobrepesca. Cuando se diseñan y gestionan adecuadamente, los hábitats artificiales pueden mejorar los servicios ecosistémicos y apoyar la sostenibilidad ecológica a largo plazo. ^{[ 16 ]}

Además, la salud de los ecosistemas acuáticos se cuantifica cada vez más mediante nuevos paradigmas que consideran las necesidades de los servicios ecosistémicos. En lugar de cuantificar los ecosistemas únicamente en función de medidas físicas o biológicas, estos métodos analizan la capacidad de los ecosistemas para proporcionar servicios como la filtración del agua, el hábitat y la recreación. Este cambio enfatiza la integridad funcional de los ecosistemas y respalda prácticas de gestión más holísticas y adaptativas. ^{[ 17 ]}

En conjunto, estos estudios reflejan el futuro de la ciencia acuática, que cada vez se relaciona más con la ciencia climática, la investigación sobre la contaminación y la restauración ecológica.

• SIG y ciencias acuáticas
• Revista Panamericana de Ciencias Acuáticas