Navegant pel caos: l'impacte de la turbulència en el plàncton

L’oceà, vast i aparentment serè, amaga un món ocult de moviment i canvi constant. Dins d’aquest regne dinàmic, es desplega una complexa dansa entre el plàncton i els remolins turbulents. L’existència d’aquests organismes microscòpics està intrínsecament lligada a la naturalesa sempre canviant de la turbulència oceànica i així es crea una fascinant interacció de reptes, oportunitats i desavantatges. Abans d’endinsar-nos en les interaccions entre el plàncton i la turbulència, permeteu-me que descrigui breument i d’una manera molt simplificada algunes de les diverses manifestacions de la turbulència que es troben a l’oceà.

Els oceans en moviment: les diferents escales de turbulència

Més enllà de la comprensió general de la turbulència com a moviment caòtic de l’aigua, cal diferenciar entre les seves diverses escales dins de l’oceà, ja que impacten el plàncton de manera diferent:

1. Els corrents són els fluxos d’aigua coherents a gran escala de l’oceà, que s’estenen a llarg de quilòmetres o milers de quilòmetres i a una profunditat de centenars o fins i tot milers de metres de profunditat. Imagineu rius que flueixen dins de la vasta extensió de l’oceà. Els corrents són impulsats principalment per forces a gran escala com els vents que arrosseguen la superfície de l’oceà, per diferències de densitat promogudes per diferències de temperatura (l’aigua calenta és menys densa) i salinitat (l’aigua més salada és més densa) que poden crear gradients de pressió que impulsen els corrents (coneguts com a circulació termohalina), o per la rotació de la Terra que desvia els corrents a causa de l’efecte de Coriolis, provocant fenòmens com els girs (grans corrents circulars). Els corrents poden transportar plàncton a grans distàncies, influint així en els seus patrons de distribució. Els corrents forts també poden interrompre l’alimentació i el moviment vertical d’algunes espècies de plàncton.

2. La turbulència de gran escala inclou remolins i altres moviments giratoris que tenen des de desenes fins a centenars de quilòmetres de grandària. Imagineu-vos-els com a remolins gegants dins de l’oceà. Sovint sorgeixen d’inestabilitats dins dels corrents mateixos. Quan els corrents troben canvis de profunditat, costes o interactuen amb altres corrents, el seu flux suau es pot trencar en remolins. La turbulència de gran escala pot alterar la posició del plàncton i augmentar la despesa energètica, de manera similar a la turbulència de petita escala. No obstant això, també pot augmentar les taxes de trobada entre les poblacions de fitoplàncton i de zooplàncton, augmentant l’eficiència d’alimentació d’aquests darrers. Alguns tipus de plàncton fins i tot poden "surfejar" aquests remolins per accedir a nutrients i llum solar de diferents profunditats, cosa que els suposa un avantatge.

3. La turbulència de petita escala es refereix als moviments caòtics i de curta durada a una escala de centímetres a metres. Aquesta turbulència és generada per diversos factors com el vent que remou l’aigua superficial, el trencament de les ones, i les interaccions entre diferents capes d’aigua amb densitats diferents. La turbulència de petita escala pot ser especialment perjudicial per al plàncton més petit i que neda poc. Es poden bellugar excessivament, cosa que li pot dificultar l’alimentació i les seves migracions verticals. No obstant això, per a alguns tipus de zooplàncton, també poden augmentar les taxes de trobada amb partícules d’aliment, promovent el creixement.

Com analogia, imagineu l’oceà com una autopista, amb corrents similars a carrils que guien el seu flux. Dins d’aquesta autopista, els forats grans representen la presència de turbulències a gran escala, mentre que la textura irregular de la carretera reflecteix la turbulència de petita escala. El plàncton travessa aquest paisatge en constant evolució, trobant-se amb diversos reptes i oportunitats dictats per l’escala de moviment a la qual s’enfronta.

Ballant el tango turbulent

De vegades, la turbulència representa un desafiament important per al plàncton. Imagineu un món microscòpic en què els corrents suaus es transformen de sobte en remolins giratoris, que sacsegen i fan girar aquests petits organismes amb una força imprevisible. Per a alguns tipus de plàncton, especialment els nedadors més febles com el fitoplàncton, o els que depenen en gran manera de les aigües tranquil·les per detectar preses (com ara el copèpode Oithona spp.), aquesta empenta constant pot interrompre’ls l’alimentació, dificultar-los la capacitat de mantenir la posició a la columna d’aigua i, fins i tot, provocar-los danys físics. A més, la turbulència pot augmentar la despesa energètica del plàncton en la seva lluita contra el flux caòtic, cosa que pot afectar-los en el creixement i la reproducció. Tanmateix, en aquest entorn aparentment dur, algunes espècies de plàncton han desenvolupat una capacitat notable no només per sobreviure sinó també per prosperar enmig de la turbulència. Aquesta capacitat depèn de la seva mida i morfologia. Moltes espècies de zooplàncton, com els copèpodes, tenen cossos allargats o apèndixs que actuen com a quilles, proporcionant-los estabilitat i permetent-los navegar pels corrents turbulents de manera més eficaç. A més, alguns membres del fitoplàncton, com les diatomees, utilitzen la turbulència per romandre més temps a les capes superiors de la columna d’aigua i trobar microtaques de nutrients. Com s’ha esmentat anteriorment, un dels beneficis de la turbulència per a alguns tipus de plàncton és la seva capacitat d’incrementar les taxes d’encontre entre depredadors i preses. Aquesta barreja caòtica acosta l’aliment al zooplàncton. Tanmateix, aquest avantatge s’anul·la quan la turbulència arriba a nivells excessius, interrompent els corrents d’alimentació o fent impossible la detecció mecànica o química de les preses. A més, investigacions recents suggereixen que algunes espècies de plàncton fins i tot poden "cavalcar" els corrents turbulents en benefici propi. En alinear-se amb patrons de flux específics dins dels remolins, poden aprofitar l’energia de la turbulència per moure’s verticalment a través de la columna d’aigua, accedint a capes més profundes riques en nutrients i tornant després a les aigües superficials per obtenir la llum solar. Aquest comportament de "surf de turbulència" els permet optimitzar la seva exposició tant a la llum com als nutrients, cosa que pot augmentar potencialment el seu creixement i supervivència.

Comprendre la complexa relació entre la turbulència i la distribució del plàncton és crucial per diverses raons. En primer lloc, proporciona coneixements valuosos sobre el funcionament dels ecosistemes marins. En estudiar com reaccionen i interactuen les diferents espècies de plàncton, com ara els copèpodes i el fitoplàncton, amb la turbulència de diverses escales, els científics poden predir els impactes potencials dels canvis en els patrons de circulació oceànica o en la intensitat de la turbulència causada pel canvi climàtic en aquests ecosistemes. En segon lloc, estudiar els possibles beneficis d’utilitzar la turbulència per a la dispersió del plàncton té aplicacions en l’aqüicultura i en els esforços de conservació. En comprendre com influeix la turbulència en el moviment de les larves de plàncton, els científics poden desenvolupar estratègies per millorar les taxes de supervivència dels organismes cultivats o facilitar la dispersió natural d’espècies amenaçades. En conclusió, la dansa entre el plàncton i la turbulència està lluny de ser una simple lluita per la supervivència. Es tracta d’una interacció complexa de reptes i oportunitats, en què aquests petits organismes han desenvolupat adaptacions notables no només per suportar sinó també per aprofitar potencialment la naturalesa caòtica del seu entorn.

Desvelant la dansa: eines per a la comprensió

Els científics fan servir una gamma diversa d’eines i tècniques per comprendre la intrínseca relació entre la turbulència a petita escala i el plàncton en l’oceà.

1. Mesures in situ en què els científics despleguen instruments submergibles equipats amb sensors d’alta resolució per mesurar directament paràmetres físics com la velocitat, la temperatura i la conductivitat en ubicacions específiques. Això els permet capturar les variacions espacials i temporals de la turbulència de petita escala i relacionar aquestes fluctuacions amb la distribució i el comportament del plàncton. A més, s’utilitzen càmeres de vídeo submarines i sistemes d’imatge avançats per visualitzar l’abundància de plàncton i els patrons de moviment dins del flux turbulent. Això permet als investigadors observar com reaccionen les diferents espècies al moviment de l’aigua i avaluar-ne la capacitat de mantenir la posició o navegar activament pels remolins.
2. Experiments de laboratori en condicions controlades que permeten als científics imitar les característiques de la turbulència oceànica mitjançant equips especialitzats. Així poden aïllar els efectes de la turbulència de petita escala d’altres factors ambientals i estudiar les respostes específiques de diferents espècies de plàncton. Els científics també fan ús de programes informàtics i tecnologies modernes per al seguiment de partícules. Mitjançant l’etiquetatge de partícules amb tints fluorescents o altres mecanismes de seguiment, poden rastrejar el seu moviment dins d’un flux turbulent simulat. Això els ajuda a comprendre com la turbulència influeix en les taxes de trobada entre les partícules d’aliment i el zooplàncton que s’alimenta per filtratge.
3. Modelització computacional que permet simulacions numèriques que, combinades amb potents ordinadors, es poden utilitzar per crear models sofisticats que simulin la dinàmica de la turbulència de petita escala i la seva interacció amb les poblacions de plàncton. Aquests models incorporen dades d’observacions de camp i experiments de laboratori per predir la distribució i el comportament del plàncton sota diferents règims de turbulència.

En combinar aquests diversos enfocaments, els científics obtenen una comprensió integral de com la turbulència determina la vida d’aquests organismes marins microscòpics. Aquest coneixement no només contribueix a una comprensió més profunda dels ecosistemes marins, sinó que també té aplicacions potencials en àrees com l’aqüicultura, la gestió pesquera i els esforços de conservació.

Imatge de capçalera i imatges de text: © Imatges generades amb programes d’IA amb instruccions d’Albert Calbet.