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zona mesopelágica

La zona mesopelágica ( del griego μέσον, medio), también conocida como zona pelágica media o zona crepuscular , es la parte de la zona pelágica que se encuentra entre las zonas ...

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La zona mesopelágica ( del griego μέσον, medio), también conocida como zona pelágica media o zona crepuscular , es la parte de la zona pelágica que se encuentra entre las zonas epipelágica fótica y batipelágica afótica . [ 1 ] Se define por la luz y comienza a la profundidad donde solo llega el 1% de la luz incidente y termina donde no hay luz; la profundidad varía desde aproximadamente 200 a 1000 metros (660 a 3280 pies) por debajo de la superficie del océano . [ 1 ] Es en gran medida rica en nutrientes en comparación con la zona eufótica, lo que hace que los procesos biogeoquímicos de la mesopelágica sean particularmente importantes para el ciclo de nutrientes en el océano. [ 2 ] 

La zona mesopelágica ocupa aproximadamente el 60 % de la superficie del planeta y alrededor del 20 % del volumen del océano, constituyendo una gran parte de la biosfera total . [ 3 ] Alberga una diversa comunidad biológica que incluye peces boca de cerdas , peces borrón , medusas bioluminiscentes , calamares gigantes y una miríada de otros organismos únicos adaptados a vivir en un entorno con poca luz. [ 4 ] Ha cautivado durante mucho tiempo la imaginación de científicos, artistas y escritores a través de representaciones de criaturas de las profundidades marinas. [ 5 ]

Condiciones físicas

Zonas pelágicas.

La zona mesopelágica incluye regiones de cambios bruscos de temperatura, salinidad y densidad llamadas termoclina , haloclina y picnoclina, respectivamente. [ 1 ] Las variaciones de temperatura son grandes; desde más de 20 °C (68 °F) en las capas superiores hasta alrededor de 4 °C (39 °F) en el límite con la zona batial . [ 6 ] La variación de salinidad es menor, típicamente entre 34,5 y 35 psu. [ 6 ] La densidad varía de 1023 a 1027 g/L de agua de mar. [ 6 ] Estos cambios en la temperatura, la salinidad y la densidad inducen la estratificación que crea capas oceánicas. Estas diferentes masas de agua afectan los gradientes y la mezcla de nutrientes y gases disueltos. Esto la convierte en una zona dinámica.    

La zona mesopelágica posee características acústicas únicas. El canal SOFAR (Sound Fixing and Ranging) , donde el sonido viaja más lentamente debido a las variaciones de salinidad y temperatura, se encuentra en la base de la zona mesopelágica, a unos 600–1200 m de profundidad. [ 7 ] Se trata de una zona de propagación por ondas donde las ondas sonoras se refractan dentro de la capa y se propagan a largas distancias. [ 6 ] El canal recibió su nombre durante la Segunda Guerra Mundial, cuando la Armada de los Estados Unidos propuso utilizarlo como herramienta de salvamento. Los supervivientes de naufragios podían lanzar un pequeño explosivo programado para explotar en el canal SOFAR, y las estaciones de escucha podían determinar la posición de la balsa salvavidas. [ 8 ] Durante la década de 1950, la Armada de los Estados Unidos intentó utilizar esta zona para detectar submarinos soviéticos mediante la creación de una red de hidrófonos denominada Sistema de Vigilancia Sonora (SOSUS). [ 8 ] Posteriormente, los oceanógrafos utilizaron este sistema de vigilancia submarina para determinar la velocidad y la dirección de las corrientes oceánicas profundas mediante el lanzamiento de boyas SOFAR que podían detectarse con la red SOSUS. [ 8 ]

La zona mesopelágica es importante para la formación de masas de agua, como el agua modal . El agua modal es una masa de agua que se define típicamente por sus propiedades de mezcla vertical. [ 6 ] A menudo se forma como capas de mezcla profundas en la profundidad de la termoclina. [ 6 ] El agua modal en la zona mesopelágica tiene tiempos de residencia en escalas decenales o centenarias. [ 6 ] Los tiempos de mezcla más largos contrastan con las escalas diarias y más cortas en las que una variedad de animales se mueven verticalmente a través de la zona y el hundimiento de diversos detritos.

Biogeoquímica

Carbón

La zona mesopelágica desempeña un papel fundamental en la bomba biológica del océano , que contribuye al ciclo del carbono oceánico . En la bomba biológica, el carbono orgánico se produce en la zona eufótica superficial , donde la luz promueve la fotosíntesis. Una fracción de esta producción se exporta desde la capa mixta superficial hacia la zona mesopelágica. Una vía para la exportación de carbono desde la capa eufótica es mediante el hundimiento de partículas, que puede acelerarse mediante el reempaquetamiento de materia orgánica en gránulos fecales de zooplancton, partículas lastradas y agregados. [ 9 ]

En la zona mesopelágica, la bomba biológica es clave para el ciclo del carbono, ya que esta zona está dominada en gran medida por la remineralización del carbono orgánico particulado (COP). Cuando una fracción de COP se exporta desde la zona eufótica , se estima que el 90 % de ese COP se respira en la zona mesopelágica. [ 9 ] Esto se debe a los organismos microbianos que respiran la materia orgánica y remineralizan los nutrientes, mientras que los peces mesopelágicos también empaquetan la materia orgánica en paquetes de hundimiento rápido para su exportación a mayor profundidad. [ 10 ] El carbono orgánico que no se remineraliza se entierra en los sedimentos oceánicos o permanece como materia orgánica disuelta refractaria. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]

Otro proceso clave que ocurre en esta zona es la migración vertical diaria de ciertas especies, que se mueven entre la zona eufótica y la zona mesopelágica y transportan activamente materia orgánica particulada a las profundidades. [ 9 ] En un estudio en el Pacífico ecuatorial, se estimó que los mictófidos en la zona mesopelágica transportaban activamente entre el 15 y el 28 % del POC pasivo que se hunde a las profundidades, [ 14 ] mientras que un estudio cerca de las Islas Canarias estimó que el 53 % del flujo vertical de carbono se debía al transporte activo de una combinación de zooplancton y micronecton. [ 15 ] Cuando la productividad primaria es alta, se ha estimado que la contribución del transporte activo por migración vertical es comparable a la exportación de partículas que se hunden. [ 9 ]

Muestra de trampa de sedimentos, Golfo de Thermaikos, Grecia, 2000. Imagen estereoscópica del material recolectado sobre una red con poros de 63 μm. Se pueden identificar conchas calcáreas y esqueletos de organismos planctónicos.

Oxígeno

El oxígeno disuelto es un requisito para la respiración aeróbica, y si bien la superficie oceánica suele ser rica en oxígeno debido al intercambio de gases atmosféricos y la fotosíntesis, la zona mesopelágica no está en contacto directo con la atmósfera, debido a la estratificación en la base de la capa mixta superficial. La materia orgánica se exporta a la zona mesopelágica desde la capa eufótica suprayacente, mientras que la mínima luz en la zona mesopelágica limita la fotosíntesis. El consumo de oxígeno debido a la respiración de la mayor parte de la materia orgánica en hundimiento y la falta de intercambio de gases, a menudo crea una zona de mínimo de oxígeno (ZMO) en la zona mesopelágica. La ZMO mesopelágica es particularmente severa en el Océano Pacífico tropical oriental y el Océano Índico tropical debido a la mala ventilación y las altas tasas de exportación de carbono orgánico a la zona mesopelágica. [ 9 ] Las concentraciones de oxígeno en la zona mesopelágica ocasionalmente resultan en concentraciones subóxicas, lo que dificulta la respiración aeróbica para los organismos. [ 9 ] En estas regiones anóxicas, puede ocurrir quimiosíntesis en la que se absorben CO 2 y compuestos reducidos como sulfuro o amoníaco para formar carbono orgánico, contribuyendo al reservorio de carbono orgánico en la zona mesopelágica. [ 16 ] Se ha estimado que esta vía de fijación de carbono es comparable en tasa a la contribución de la producción heterotrófica en este reino oceánico. [ 17 ]

Nitrógeno

El nitrógeno es un nutriente limitante en los sistemas biológicos que influyen en la productividad en los ambientes marinos. [ 11 ] [ 18 ] [ 19 ] La zona mesopelágica, un área de respiración significativa y remineralización de partículas orgánicas, es generalmente rica en nutrientes. Esto contrasta con la zona eufótica suprayacente, que a menudo está limitada por nutrientes. La diferencia en la disponibilidad de nitrógeno entre la zona epipelágica y la zona mesopelágica se atribuye a los procesos biogeoquímicos que median el hundimiento de la materia orgánica particulada. [ 11 ] [ 18 ] [ 20 ] Las áreas de bajo oxígeno como las OMZ son un área clave de desnitrificación por procariotas, una vía heterotrófica en la que el nitrato se convierte en nitrógeno gaseoso, lo que resulta en una pérdida para el reservorio oceánico de nitrógeno reactivo. [ 9 ] En la interfaz subóxica que se produce en el borde de la ZOM, el nitrito y el amonio pueden acoplarse para producir nitrógeno gaseoso a través de anammox , eliminando también el nitrógeno del reservorio biológicamente disponible. [ 20 ] La disponibilidad de nitrógeno también depende de la región del globo. La limitación de nitrógeno como nutriente se encuentra típicamente en los giros subtropicales y a menudo está colimitada con el hierro. [ 19 ] Un flujo de materia orgánica particulada rica en nitrógeno en las partes más profundas del océano se crea a partir de la diagénesis microbiana de la materia orgánica que comienza en la zona epipelágica. [ 18 ] [ 21 ] La evidencia de un mayor contenido de nitrógeno en la zona epipelágica se observa en un aumento de aminoácidos encontrados en la materia orgánica disuelta. [ 11 ]

Fósforo

El fósforo es un componente vital del ciclo de nutrientes en la zona mesopelágica. El fitoplancton en la zona eufótica utiliza el fosfato disponible para su crecimiento y deposita fosfato orgánico disuelto (DOP) y fosfato orgánico particulado (POP) a través de la secreción fecal o materia muerta. [ 22 ] Una vez que el DOP/POP llega a la zona mesopelágica, las bacterias remineralizan estos fosfatos para adquirir nutrientes, liberando fosfato inorgánico disuelto (DIP) de vuelta a la columna de agua. El DIP luego regresa a las aguas superficiales a través de la mezcla vertical y la migración vertical diaria, lo que repone los fosfatos eufóticos. [ 23 ] La fosfatasa es una enzima importante en el proceso de conversión de DOP/POP en DIP, y es 37 veces más activa en la zona mesopelágica (800 metros) que en la superficie. [ 24 ] Durante el proceso de remineralización, una proporción del fosfato queda secuestrada en los sedimentos oceánicos junto con el oxígeno (en condiciones aeróbicas) y permanece en gran medida inerte. [ 25 ] Sin embargo, este sedimento de fosfato puede liberar nutrientes de nuevo a la columna de agua en condiciones anóxicas. [ 26 ]

Azufre

Al igual que el fósforo, el azufre también participa en un ciclo de renovación con las aguas superficiales. El sulfato orgánico se hunde hacia la zona mesopelágica, donde se remineraliza en sulfato inorgánico, que vuelve a entrar en la capa eufótica. [ 27 ] Sin embargo, este ciclo es solo un componente de un proceso más amplio en el ciclo del azufre, conocido como ciclo críptico del azufre. El ciclo críptico del azufre ocurre en las zonas de mínimo oxígeno (ZMO) y se caracteriza por el acoplamiento estrecho entre la reducción de sulfato y la oxidación posterior. [ 28 ] Gran parte de este azufre llega al océano profundo a través de la ventilación hidrotermal, que libera sulfuro en el agua circundante. [ 29 ] Además, el sulfuro generado en la zona mesopelágica contribuye a la creación de pirita, que se forma por su combinación con hierro(II), típicamente en ambientes anóxicos. [ 30 ]

Materia orgánica

Ciclismo

Un impulsor de la bomba biológica oceánica es el hundimiento, descomposición y ciclo de materia orgánica disuelta y particulada que crea un flujo de nutrientes. [ 11 ] [ 18 ] [ 21 ] [ 31 ] La materia orgánica consiste en carbono, oxígeno y nitrógeno fijos originados de biomasa de plantas, animales y microbios. [ 12 ] [ 32 ] La composición molecular de la materia particulada y disuelta en la zona mesopelágica depende en gran medida del entorno biogeoquímico (limitación de elementos, microbioma, elementos abióticos) en la zona eufótica. [ 18 ] La principal limitación para el hundimiento de materia orgánica que se encuentra en la zona mesopelágica se debe a la variabilidad del nitrógeno en todo el mundo. [ 11 ] [ 18 ] [ 20 ] En otras palabras, la composición molecular de la materia orgánica que ingresa a la zona mesopelágica varía espacialmente pero no depende de la profundidad del océano. [ 18 ] [ 19 ] [ 33 ] Sin embargo, a medida que el océano se vuelve más profundo, el flujo de materia orgánica pierde intensidad o magnitud. [ 18 ] [ 21 ] [ 33 ] Se estima que esta reducción del flujo, o atenuación, de materia orgánica es aproximadamente un 70-85% menor. [ 18 ] El oxígeno en la zona epipelágica se consume a través de la eliminación de materia orgánica disuelta, así como de la remineralización del nitrógeno. [ 20 ]

Hundimiento

Las tasas medias de hundimiento de partículas son de 10 a 100 m/día. [ 34 ] Las tasas de hundimiento se han medido en el proyecto VERTIGO (Transporte Vertical en el Océano Global) utilizando trampas de sedimentos de velocidad de sedimentación. [ 35 ] La variabilidad en las tasas de hundimiento se debe a diferencias en el lastre, la temperatura del agua, la estructura de la red trófica y los tipos de fito y zooplancton en diferentes áreas del océano. [ 35 ] Si el material se hunde más rápido, entonces es respirado menos por las bacterias, transportando más carbono desde la capa superficial al océano profundo. Los gránulos fecales más grandes se hunden más rápido debido a una menor relación fricción-superficie/masa. Las aguas más viscosas podrían ralentizar la tasa de hundimiento de las partículas. [ 35 ] La unión a los gránulos fecales también crea una barrera física para los microbios ralentizando el consumo de materia orgánica particulada. [ 18 ] El menor consumo de materia particulada sugiere que la materia orgánica disuelta es eliminada más rápidamente por los microbios que la materia particulada. [ 11 ] [ 13 ] [ 32 ] También es importante señalar que la digestión y respiración microbiana se adaptan a medida que aumenta la profundidad del océano, lo que afecta las composiciones moleculares espaciales. [ 13 ] La actividad microbiana en el océano también explica la atenuación del flujo de materia orgánica causada por la remineralización o el empaquetamiento de partículas en hundimiento. [ 32 ] [ 33 ]

Biología

Datos de sonar. La capa verde en la columna de agua es la capa profunda de dispersión de zooplancton y peces mesopelágicos que migran verticalmente a diario.
Ilustración de Charles Frederick Holder de varios peces bioluminiscentes que viven en la zona mesopelágica.

Aunque algo de luz penetra en la zona mesopelágica, es insuficiente para la fotosíntesis . La comunidad biológica de la zona mesopelágica se ha adaptado a un ambiente con poca luz. [ 36 ] Este es un ecosistema muy eficiente con muchos organismos que reciclan la materia orgánica que se hunde desde la zona epipelágica [ 37 ] lo que resulta en que muy poco carbono orgánico llegue a aguas oceánicas más profundas. Los tipos generales de formas de vida que se encuentran son herbívoros que visitan la zona durante el día , detritívoros que se alimentan de organismos muertos y gránulos fecales, y carnívoros que se alimentan de esos detritívoros. [ 36 ]

Muchos organismos de la zona mesopelágica se desplazan a la zona epipelágica por la noche y regresan a la zona mesopelágica durante el día, lo que se conoce como migración vertical diaria . [ 9 ] Estos migrantes pueden evitar a los depredadores visuales durante el día y alimentarse por la noche, mientras que algunos de sus depredadores también migran por la noche para seguir a sus presas.

Los operadores de SONAR en la Segunda Guerra Mundial solían interpretar erróneamente la señal devuelta por gruesas capas de plancton mesopelágico como un falso fondo marino. [ 38 ] [ 39 ]

Las estimaciones de la biomasa global de peces mesopelágicos varían desde 1 gigatonelada (Gt) según los arrastres de red hasta 7–10 Gt según las mediciones realizadas con acústica activa. [ 40 ]

Ecología de virus y microorganismos

Se sabe poco sobre la comunidad microbiana de la zona mesopelágica debido a la dificultad de estudiar esta región del océano. Estudios que utilizan ADN de muestras de agua de mar enfatizaron la importancia de los virus y microbios en el reciclaje de materia orgánica de la superficie oceánica, conocido como el ciclo microbiano . Estos microbios pueden obtener su energía de diferentes vías metabólicas. [ 41 ] Algunos son autótrofos , heterótrofos , y un estudio de 2006 descubrió quimioautótrofos. [ 41 ] Esta arquea quimioautótrofa Crenarchaeon Candidatus puede oxidar amonio como su fuente de energía sin oxígeno, lo que potencialmente impacta significativamente los ciclos de nitrógeno y carbono. [ 41 ] Un estudio estima que estas bacterias oxidantes de amonio, que son solo el 5% de la población microbiana, pueden capturar anualmente 1,1 Gt de carbono orgánico. [ 42 ]

La biomasa y la diversidad microbiana suelen disminuir exponencialmente con la profundidad en la zona mesopelágica, reflejando la disminución general de alimento proveniente de la superficie. [ 9 ] La composición de la comunidad varía con la profundidad en la zona mesopelágica, ya que diferentes organismos han evolucionado para distintas condiciones de luz. [ 9 ] La biomasa microbiana en la zona mesopelágica es mayor en latitudes más altas y disminuye hacia los trópicos, lo que probablemente esté relacionado con los diferentes niveles de productividad en las aguas superficiales. [ 9 ] Sin embargo, los virus son abundantes en la zona mesopelágica, con alrededor de 10 10 - 10 12 por metro cúbico, lo cual es bastante uniforme en toda la zona mesopelágica. [ 9 ]

Medusa casco, Periphylla periphylla .

Ecología del zooplancton

La zona mesopelágica alberga una diversa comunidad de zooplancton. El zooplancton común incluye copépodos, krill, medusas, sifonóforos, larváceos, cefalópodos y pterópodos. [ 9 ] El alimento es generalmente escaso en la zona mesopelágica, por lo que los depredadores deben ser eficientes en la captura de alimento. Se cree que los organismos gelatinosos desempeñan un papel importante en la ecología de la zona mesopelágica y son depredadores comunes. [ 43 ] Aunque anteriormente se pensaba que eran depredadores pasivos que se desplazaban por la columna de agua, las medusas podrían ser depredadores más activos. Un estudio encontró que la medusa casco, Periphylla periphylla , exhibe un comportamiento social y puede encontrarse entre sí en profundidad y formar grupos. [ 43 ] Este comportamiento se atribuía anteriormente al apareamiento, pero los científicos especulan que podría ser una estrategia de alimentación que permite a un grupo de medusas cazar juntas. [ 43 ]

Misidáceo de aguas profundas, Gnathophausia spp.

El zooplancton mesopelágico posee adaptaciones únicas para la baja luminosidad. La bioluminiscencia es una estrategia común en muchos zooplancton. Se cree que esta producción de luz funciona como una forma de comunicación entre congéneres, atracción de presas, disuasión de presas y/o estrategia reproductiva. [ 9 ] Otra adaptación común son los órganos luminosos mejorados, u ojos, que son comunes en el krill y los camarones, para que puedan aprovechar la luz limitada. [ 36 ] Algunos pulpos y krill tienen ojos tubulares que miran hacia arriba en la columna de agua. [ 38 ]

La mayoría de los procesos vitales, como el crecimiento y las tasas reproductivas, son más lentos en la zona mesopelágica. [ 36 ] Se ha demostrado que la actividad metabólica disminuye con el aumento de la profundidad y la disminución de la temperatura en ambientes de aguas más frías. [ 44 ] Por ejemplo, el misidáceo mesopelágico parecido a un camarón , Gnathophausia ingens , vive de 6,4 a 8 años, mientras que camarones bentónicos similares solo viven 2 años. [ 36 ]

Ecología de los peces

La zona mesopelágica alberga una parte significativa de la biomasa total de peces del mundo. [ 3 ] Los peces mesopelágicos se encuentran globalmente, con excepciones en el Océano Ártico. [ 10 ] Un estudio de 1980 sitúa la biomasa de peces mesopelágicos en aproximadamente mil millones de toneladas. [ 45 ] Posteriormente, un estudio de 2008 estimó la biomasa mundial de peces marinos entre 0,8 y 2 mil millones de toneladas. [ 46 ] Un estudio más reciente concluyó que los peces mesopelágicos podrían tener una biomasa de 10 mil millones de toneladas, equivalente a aproximadamente 100 veces la captura anual de las pesquerías tradicionales de aproximadamente 100 millones de toneladas métricas. [ 47 ] [ 48 ] Sin embargo, existe mucha incertidumbre en esta estimación de biomasa. [ 3 ] Este reino oceánico podría contener la pesquería más grande del mundo y existe un desarrollo activo para que esta zona se convierta en una pesquería comercial. [ 10 ]

Mictófidos (peces linterna).

Actualmente se conocen treinta familias de peces mesopelágicos. [ 49 ] Un pez dominante en la zona mesopelágica son los peces linterna (Myctophidae), que incluyen 245 especies distribuidas en 33 géneros diferentes. [ 45 ] Tienen fotóforos prominentes a lo largo de su lado ventral. Los Gonostomatidae, o boca de cerdas, también son peces mesopelágicos comunes. La boca de cerdas podría ser el vertebrado más abundante de la Tierra , con números que van desde cientos de billones hasta cuatrillones. [ 50 ]

Los peces mesopelágicos son difíciles de estudiar debido a su anatomía única. Muchos de estos peces tienen vejigas natatorias que les ayudan a controlar su flotabilidad, lo que dificulta su muestreo porque esas cámaras llenas de gas suelen reventar cuando los peces suben a la superficie en las redes y mueren. [ 51 ] Científicos en California han avanzado en el muestreo de peces mesopelágicos mediante el desarrollo de una cámara sumergible que puede mantener a los peces vivos en su ascenso a la superficie bajo una atmósfera y presión controladas. [ 51 ] Un método pasivo para estimar la abundancia de peces mesopelágicos es mediante ecosondeo para localizar la " capa de dispersión profunda " a través de la retrodispersión recibida de estos sónares acústicos. [ 37 ] Un estudio de 2015 sugirió que algunas áreas han experimentado una disminución en la abundancia de peces mesopelágicos, incluyendo la costa del sur de California, utilizando un estudio a largo plazo que se remonta a la década de 1970. [ 52 ] Las especies de aguas frías son especialmente vulnerables a la disminución. [ 52 ]

Pez pescador con borlas (Rhycherus filamentosus).

Los peces mesopelágicos están adaptados a un ambiente con poca luz. Muchos peces son negros o rojos, porque estos colores parecen oscuros debido a la limitada penetración de la luz en las profundidades. [ 36 ] Algunos peces tienen hileras de fotóforos , pequeños órganos productores de luz, en su parte inferior para imitar el entorno circundante. [ 36 ] Otros peces tienen cuerpos espejados que están angulados para reflejar los colores de poca luz del océano circundante y proteger al pez de ser visto, mientras que otra adaptación es el contrasombreado, donde los peces tienen colores claros en el lado ventral y colores oscuros en el lado dorsal. [ 36 ]

En la zona mesopelágica, el alimento suele ser limitado y disperso, lo que da lugar a adaptaciones dietéticas. Algunas adaptaciones comunes en los peces incluyen ojos sensibles y mandíbulas grandes para una alimentación más eficaz y oportunista. [ 50 ] Los peces también suelen ser pequeños para reducir el requerimiento energético para el crecimiento y la formación muscular. [ 36 ] Otras adaptaciones alimentarias incluyen mandíbulas que pueden desencajarse, gargantas elásticas y dientes grandes y largos. [ 36 ] Algunos depredadores desarrollan señuelos bioluminiscentes , como el pez pescador con borlas , que pueden atraer a sus presas, mientras que otros responden a la presión o a señales químicas en lugar de depender de la visión. [ 36 ]

Ecología de los mamíferos

La zona mesopelágica es un área de caza clave para varios mamíferos oceánicos, en particular los cachalotes . [ 53 ] Otros mamíferos notables incluyen ballenas picudas, elefantes marinos, delfines de Risso, ballenas de aleta y ballenas jorobadas. [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] Los cetáceos mesopelágicos se distribuyen por casi todos los océanos, y el cachalote, por sí solo, se distribuye desde las aguas de Alaska hasta las de la Antártida. [ 57 ] Actualmente no existe una estimación de la biomasa de mamíferos en la zona mesopelágica debido a la dificultad que implica distinguir los peces grandes de los cetáceos cuando se utiliza el muestreo acústico.

La especie de mamífero más común que habita la zona mesopelágica es probablemente el cachalote, que se estima que consume tantos cefalópodos como todas las pesquerías humanas del mundo cada año. [ 58 ] Los cachalotes son capaces de sumergirse hasta el fondo de la zona mesopelágica y a mayor profundidad, pasando entre cinco minutos y casi una hora cazando en este rango. [ 59 ] Además de los cachalotes, se sabe que otras ballenas, como el rorcual común , se alimentan principalmente de necton mesopelágico. [ 56 ] Algunas especies de ballenas, como el zifio, también exhiben un comportamiento diurno, similar al de muchas especies de peces mesopelágicos. [ 60 ]

Impactos humanos

Contaminación

desechos marinos

Los gránulos de plástico son una forma común de desechos marinos.

Los desechos marinos , específicamente en forma de plástico, se han encontrado en todas las cuencas oceánicas y tienen una amplia gama de impactos en el mundo marino. [ 61 ]

Uno de los problemas más críticos es la ingestión de desechos plásticos, específicamente microplásticos . [ 62 ] Muchas especies de peces mesopelágicos migran a las aguas superficiales para alimentarse de sus principales presas, el zooplancton y el fitoplancton , que se encuentran mezclados con microplásticos en las aguas superficiales. Además, las investigaciones han demostrado que incluso el zooplancton consume los propios microplásticos. [ 63 ] Los peces mesopelágicos desempeñan un papel clave en la dinámica energética, lo que significa que proporcionan alimento a varios depredadores, incluyendo aves, peces más grandes y mamíferos marinos. La concentración de estos plásticos tiene el potencial de aumentar, por lo que especies de mayor importancia económica también podrían contaminarse. [ 64 ] La concentración de desechos plásticos en las poblaciones mesopelágicas puede variar según la ubicación geográfica y la concentración de desechos marinos presentes en ella. En 2018, aproximadamente el 73% de los aproximadamente 200 peces muestreados en el Atlántico Norte habían consumido plástico. [ 65 ]

Bioacumulación

La bioacumulación (una acumulación de cierta sustancia en el tejido adiposo ) y la biomagnificación (el proceso en el que la concentración de la sustancia aumenta a medida que se asciende en la cadena alimentaria) son problemas crecientes en la zona mesopelágica. [ 66 ] El mercurio en los peces puede atribuirse a una combinación de factores antropogénicos (como la minería del carbón) además de factores naturales. El mercurio es un contaminante de bioacumulación particularmente importante porque su concentración en la zona mesopelágica está aumentando más rápido que en las aguas superficiales. [ 67 ] El mercurio inorgánico se presenta en las emisiones atmosféricas antropogénicas en su forma elemental gaseosa, que luego se oxida y puede depositarse en el océano. [ 68 ] Una vez allí, la forma oxidada puede convertirse en metilmercurio , que es su forma orgánica. [ 68 ] Las investigaciones sugieren que los niveles actuales de emisiones antropogénicas no se equilibrarán entre la atmósfera y el océano durante un período de décadas a siglos, [ 69 ] lo que significa que podemos esperar que las concentraciones actuales de mercurio en el océano sigan aumentando. El mercurio es una potente neurotoxina y supone riesgos para la salud de toda la cadena alimentaria, más allá de las especies mesopelágicas que lo consumen. Muchas especies mesopelágicas, como los mictófidos , que realizan su migración vertical diaria hacia las aguas superficiales, pueden transmitir la neurotoxina al ser consumidas por peces pelágicos, aves y mamíferos. [ 70 ]

Pesca

Harina de pescado en polvo

Históricamente, ha habido pocos ejemplos de esfuerzos para comercializar la zona mesopelágica debido a su bajo valor económico, viabilidad técnica e impactos ambientales. [ 45 ] Si bien la biomasa puede ser abundante, las especies de peces en profundidad generalmente son de menor tamaño y se reproducen más lentamente. [ 45 ] La pesca con grandes redes de arrastre plantea amenazas a un alto porcentaje de captura incidental , así como posibles impactos en los procesos del ciclo del carbono. [ 45 ] Además, los barcos que intentan llegar a regiones mesopelágicas productivas requieren viajes bastante largos mar adentro. [ 71 ] En 1977, se abrió una pesquería soviética , pero cerró menos de 20 años después debido a las bajas ganancias comerciales, mientras que una pesquería sudafricana de cerco cerró a mediados de la década de 1980 debido a las dificultades de procesamiento derivadas del alto contenido de aceite del pescado. [ 72 ]

Debido a la abundancia de biomasa en la zona mesopelágica, ha aumentado el interés por determinar si estas poblaciones podrían tener utilidad económica en sectores distintos al consumo humano directo. Por ejemplo, se ha sugerido que la gran abundancia de peces en esta zona podría satisfacer la demanda de harina de pescado y nutracéuticos . [ 45 ] Con el crecimiento de la población mundial, la demanda de harina de pescado para abastecer a la creciente industria acuícola es alta. Existe potencial para una cosecha económicamente viable. Por ejemplo, 5 mil millones de toneladas de biomasa mesopelágica podrían producir aproximadamente 1.25 mil millones de toneladas de alimentos para consumo humano. [ 45 ] Además, la demanda de nutracéuticos también está creciendo rápidamente, debido al consumo popular de ácidos grasos Omega-3, además de la industria acuícola que requiere un aceite marino específico para la alimentación animal. [ 45 ] El pez linterna es de gran interés para el mercado acuícola, ya que es especialmente rico en ácidos grasos. [ 73 ]

Cambio climático

La región mesopelágica juega un papel importante en el ciclo global del carbono , ya que es el área donde se respira la mayor parte de la materia orgánica superficial. [ 9 ] Las especies mesopelágicas también adquieren carbono durante su migración vertical diaria para alimentarse en aguas superficiales, y transportan ese carbono a las profundidades marinas cuando mueren. [ 9 ] Se estima que el ciclo mesopelágico entre 5 y 12 mil millones de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera por año, y hasta hace poco, esta estimación no se incluía en muchos modelos climáticos. [ 4 ] Es difícil cuantificar los efectos del cambio climático en la zona mesopelágica en su conjunto, ya que el cambio climático no tiene impactos uniformes geográficamente. La investigación sugiere que en aguas que se calientan, siempre que haya suficientes nutrientes y alimento para los peces, entonces la biomasa mesopelágica podría en realidad aumentar debido a una mayor eficiencia trófica y un metabolismo impulsado por la temperatura . [ 74 ] Sin embargo, debido a que el calentamiento del océano no será uniforme en toda la zona mesopelágica global, se predice que algunas áreas podrían disminuir en biomasa de peces, mientras que otras aumentarían. [ 74 ]

Es probable que la estratificación de la columna de agua también aumente con el calentamiento de los océanos y el cambio climático. [ 4 ] El aumento de la estratificación oceánica reduce la entrada de nutrientes desde las profundidades oceánicas a la zona eufótica, lo que resulta en disminuciones tanto de la producción primaria neta como de la materia particulada en hundimiento. [ 4 ] Investigaciones adicionales sugieren que también podrían ocurrir cambios en la distribución geográfica de muchas especies con el calentamiento, y muchas de ellas se desplazarían hacia los polos. [ 75 ] La combinación de estos factores podría significar que, a medida que las cuencas oceánicas globales continúan calentándose, podría haber áreas en la zona mesopelágica que aumenten en biodiversidad y riqueza de especies, mientras que disminuyan en otras áreas, especialmente a medida que se alejan del ecuador. [ 75 ]

Investigación y exploración

El ROV científico 'Hercules' (IFE/URI/NOAA) durante su lanzamiento en 2005. Nótese la variedad de dispositivos de muestreo y brazos robóticos que se utilizan para realizar investigaciones en aguas profundas.

Hay una escasez de conocimiento sobre la zona mesopelágica, por lo que los investigadores han comenzado a desarrollar nuevas tecnologías para explorar y muestrear esta área. La Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), la NASA y el Instituto Noruego de Investigación Marina están trabajando en proyectos para obtener una mejor comprensión de esta zona en el océano y su influencia en el ciclo global del carbono. Los métodos de muestreo tradicionales, como las redes, han demostrado ser inadecuados porque ahuyentan a las criaturas debido a la onda de presión formada por la red remolcada y la luz producida por las especies bioluminiscentes atrapadas en la red. La actividad mesopelágica se investigó por primera vez mediante el uso de sonar porque el retorno rebota en el plancton y los peces en el agua. Sin embargo, existen muchos desafíos con los métodos de prospección acústica y las investigaciones previas han estimado errores en las cantidades medidas de biomasa de hasta tres órdenes de magnitud. [ 10 ] Esto se debe a la incorporación inexacta de la profundidad, la distribución del tamaño de las especies y las propiedades acústicas de las especies. El Instituto de Investigación Marina de Noruega ha botado un buque de investigación llamado Dr. Fridtjof Nansen para investigar la actividad mesopelágica mediante sonar, centrándose en la sostenibilidad de las operaciones pesqueras. [ 76 ] Para superar los desafíos que plantea el muestreo acústico, WHOI está desarrollando vehículos operados remotamente (ROV) y robots (Deep-See, Mesobot y Snowclops) capaces de estudiar esta zona con mayor precisión en un proyecto específico denominado Ocean Twilight Zone , que se puso en marcha en agosto de 2018. [ 50 ]

Descubrimiento y detección

La capa de dispersión profunda suele caracterizar la zona mesopelágica debido a la gran cantidad de biomasa presente en la región. [ 74 ] El sonido acústico enviado al océano rebota en las partículas y organismos de la columna de agua y devuelve una señal fuerte. La región fue descubierta inicialmente por investigadores estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial , en 1942, durante una investigación antisubmarina con sonar . En aquel entonces, el sonar no podía penetrar por debajo de esta profundidad debido a la gran cantidad de criaturas que obstruían las ondas sonoras. [ 4 ] Es poco común detectar capas de dispersión profunda por debajo de los 1000 m. Hasta hace poco, el sonar ha sido el método predominante para estudiar la zona mesopelágica. [ 74 ]

La Expedición de Circunnavegación Malaspina fue una misión científica liderada por España en 2011 para comprender mejor el estado del océano y la diversidad en las profundidades marinas. [ 77 ] Los datos recopilados, en particular mediante observaciones de sonar, mostraron que la estimación de biomasa en la zona mesopelágica era menor de lo que se pensaba anteriormente. [ 78 ]

Visión profunda

WHOI está trabajando actualmente en un proyecto para caracterizar y documentar el ecosistema pelágico. Han desarrollado un dispositivo llamado Deep-See, con un peso aproximado de 700  kg, diseñado para ser remolcado por un buque de investigación. [ 4 ] El Deep-See es capaz de alcanzar profundidades de hasta 2000 m y puede estimar la cantidad de biomasa y biodiversidad en este ecosistema mesopelágico. El Deep-See está equipado con cámaras, sónares, sensores, dispositivos de recolección de muestras de agua y un sistema de transmisión de datos en tiempo real. [ 76 ]

Mesobot

WHOI está colaborando con el Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey (MBARI), la Universidad de Stanford y la Universidad de Texas Rio Grande Valley para desarrollar un pequeño robot autónomo, Mesobot, que pesa aproximadamente 75  kg. [ 4 ] [ 79 ] Mesobot está equipado con cámaras de alta definición para rastrear y registrar especies mesopelágicas en su migración diaria durante períodos prolongados. Los propulsores del robot fueron diseñados para no perturbar la vida en la zona mesopelágica que está observando. [ 4 ] Los dispositivos tradicionales de recolección de muestras no logran preservar los organismos capturados en la zona mesopelágica debido al gran cambio de presión asociado con el ascenso a la superficie. Mesobot también tiene un mecanismo de muestreo único que es capaz de mantener vivos a los organismos durante su ascenso. Se espera que la primera prueba en el mar de este dispositivo se realice en 2019.

MINIONS

Otro robot mesopelágico desarrollado por WHOI es el MINIONS. Este dispositivo desciende por la columna de agua y toma imágenes de la cantidad y distribución del tamaño de la nieve marina a diferentes profundidades. Estas diminutas partículas son una fuente de alimento para otros organismos, por lo que es importante monitorear los diferentes niveles de nieve marina para caracterizar los procesos del ciclo del carbono entre la superficie oceánica y la zona mesopelágica. [ 4 ]

Cámara SPLAT

El Instituto Oceanográfico Harbor Branch ha desarrollado la Técnica de Análisis Espacial de Plancton (SPLAT) para identificar y mapear los patrones de distribución del plancton bioluminiscente. Las diversas especies bioluminiscentes producen un destello único que permite a la SPLAT distinguir la característica del destello de cada especie y luego mapear sus patrones de distribución tridimensionales. [ 80 ] Su uso previsto no era para investigar la zona mesopelágica, aunque es capaz de rastrear los patrones de movimiento de las especies bioluminiscentes durante sus migraciones verticales. Sería interesante aplicar esta técnica de mapeo en la zona mesopelágica para obtener más información sobre las migraciones verticales diurnas que ocurren en esta zona del océano.

Véase también

  • Proyecto "La zona crepuscular del océano" en la Institución Oceanográfica Woods Hole.
  • Características de las criaturas de Ocean Twilight Zone
  • Valor de la zona crepuscular oceánica para los seres humanos
  • El clima y la zona crepuscular del océano
  • Peces mesopelágicos

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