Na primavera de 2020, um evento significativo de maré vermelha na costa do sul da Califórnia chamou a atenção global com as suas impressionantes exibições de bioluminescência.
Este fenômeno foi causado por densidades excepcionalmente altas de Lingulodinium polyedra (L. polyedra), uma espécie de plâncton conhecida por sua capacidade de emitir um brilho azul neon.
Apesar das imagens inspiradoras, o evento da maré vermelha também marcou uma proliferação de algas nocivas, com toxinas detectadas em níveis máximos de proliferação que poderiam potencialmente prejudicar a vida marinha.
Além disso, a decomposição da biomassa extrema da maré vermelha levou a níveis quase nulos de oxigénio dissolvido, resultando na morte de peixes e outros impactos prejudiciais nos ecossistemas locais.
O que causou o evento da maré vermelha?
Cientistas do Scripps Institution of Oceanography da UC San Diego e da Jacobs School of Engineering conduziram um estudo que esclarece como essa espécie de dinoflagelado em particular conseguiu criar uma floração tão excepcionalmente densa.
A chave reside na extraordinária capacidade de natação dos dinoflagelados, o que lhes confere uma vantagem competitiva sobre outras espécies de fitoplâncton e lhes permite formar flores densas, incluindo bioluminescentes.
“A ideia de que a natação vertical dá aos dinoflagelados uma vantagem competitiva remonta a mais de meio século, mas só agora temos a tecnologia para provar isso de forma conclusiva no campo”, explicou o autor sênior do estudo, Drew Lucas, professor associado da Scripps Oceanography. e o Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da UC San Diego.
Dinoflagelados altamente móveis
Lucas, juntamente com o ex-aluno de pós-graduação Bofu Zheng e vários colegas, aproveitaram a oportunidade para implantar sofisticados instrumentos oceânicos na costa de San Diego durante a maré vermelha em abril e maio de 2020.
Este esforço foi apoiado pelo financiamento do Sistema de Observação dos Oceanos Costeiros do Sul da Califórnia (SCCOOS) através de um prêmio da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA).
O estudo revelou que os dinoflagelados de L. polyedra são altamente móveis, nadando para cima durante o dia para fotossintetizar e para baixo à noite para acessar reservatórios profundos de nutrientes. Esse movimento intensificou a coloração avermelhada da água na superfície, dando origem ao termo “maré vermelha”, observado com maior destaque no período da tarde.
Os pesquisadores documentaram uma população significativa de dinoflagelados fazendo a jornada descendente à noite. No entanto, alguns permaneceram perto da superfície, resultando em exibições noturnas de bioluminescência.
Os autores concluíram que esta migração vertical permitiu aos dinoflagelados superar os seus concorrentes imóveis, incluindo outras espécies de fitoplâncton.
Teoria de 50 anos confirmada
Este estudo valida uma hipótese de 50 anos do oceanógrafo biológico da Scripps Oceanography, Richard “Dick” Eppley, que sugeriu que a migração vertical de dinoflagelados estava associada à proliferação de algas nocivas, um fenômeno documentado no sul da Califórnia há pelo menos 120 anos.
Embora extensas pesquisas de laboratório apoiassem esta ideia, os pesquisadores não a testaram em campo até o evento de 2020.
L. polyedra, como muitas espécies de dinoflagelados, possui um par de flagelos, apêndices em forma de chicote que impulsionam o organismo unicelular através da água. Além da habilidade de nadar, L. polyedra apresenta velocidade notável, atingindo até 10 comprimentos corporais por segundo durante quase 24 horas.
“No mundo do plâncton, eles são Michael Phelps”, disse Lucas. “Para efeito de comparação, a natação rápida em espécies como o atum rabilho ou o mako curto tem cerca de 9 a 10 comprimentos de corpo por segundo, mas apenas por períodos muito curtos.”
“Sua natação excepcional permite que L. polyedra mergulhe em profundidades frias, onde pode absorver nutrientes, permitindo que esses organismos realmente floresçam e explodam em população.”
Estudando eventos de maré vermelha
Os pesquisadores usaram o Wirewalker, um sistema autônomo de perfil vertical movido a ondas oceânicas desenvolvido na Scripps Oceanography, para medir continuamente as condições físicas e bioquímicas da superfície do mar até o fundo do mar, atingindo uma profundidade de 100 metros (300 pés).
A equipe também capturou imagens próximas à superfície do florescimento usando um Imaging FlowCytobot (IFCB), um microscópio robótico instalado em um ancoradouro offshore, agora parte de uma rede IFCB maior gerenciada pela SCCOOS.
O que os pesquisadores aprenderam
Dados e imagens recolhidos por estes instrumentos confirmaram a teoria original de Eppley, mostrando que L. polyedra desceu ao anoitecer, atingindo uma profundidade máxima de cerca de 30-40 metros (100-130 pés) após 18 a 24 horas de natação.
Nas profundezas, os dinoflagelados absorveriam nitrato, um nutriente de crescimento do plâncton, antes de retornar à superfície por volta do meio-dia para fotossintetizar durante a luz solar máxima.
“Esses organismos unicelulares, nomeadamente L. polyedra, são funcionalmente complexos e surpreendentes”, disse Zheng.
“Além da velocidade de natação, que está muito além dos limites humanos, eles conseguem coordenar seu comportamento de acordo com o ciclo dia-noite, migrando para baixo à noite e voltando à superfície do oceano durante o dia; podem produzir bioluminescência espetacular; eles podem fotossintetizar; eles podem até atacar organismos menores que eles.”
Potenciais consequências do florescimento
Os pesquisadores também analisaram dados de monitoramento oceânico de longo prazo da California Cooperative Oceanic Fisheries Investigations (CalCOFI) e dados de amarração de longo prazo mantidos pelo Ocean Time-Series Group na Scripps Oceanography para avaliar outras consequências da floração.
Com base em mais de 70 anos de dados climáticos, os resultados indicaram que a floração criou condições físicas e químicas na coluna de água que se desviaram da norma, destacando o potencial de florações massivas para alterar as características do oceano costeiro.
Implicações do estudo
A coautora do estudo e oceanógrafa biológica, Clarissa Anderson, disse que esta pesquisa se destaca pelo uso de novas tecnologias oceânicas, que permitiram medições incomparáveis de como o fitoplâncton responde a mudanças em pequena escala no oceano costeiro, bem como cálculos de absorção de nutrientes pelos dinoflagelados. em escalas tão finas.
Anderson também observou a importância das observações de longo prazo como sendo fundamentais para quaisquer esforços futuros para compreender melhor a proliferação de algas nocivas.
“Quanto mais compreendermos os mecanismos complexos que permitem que uma determinada espécie ou população de plâncton prospere e persista, melhor poderemos prever eventos descontrolados como a maré vermelha de 2020, que durou muito mais tempo do que a teoria poderia ditar”, disse Anderson.
“Com séries temporais mais longas de mudanças rápidas na entrega de nutrientes costeiros, circulação, regimes de luz e toxinas de algas, poderíamos construir modelos dinâmicos mais precisos para prever a proliferação de plâncton, incluindo aqueles que se tornam prejudiciais.”
Mais sobre eventos de maré vermelha
“Maré vermelha” refere-se a uma proliferação de algas nocivas (HAB) que pode tornar as águas costeiras uma cor avermelhada. Grandes concentrações de plantas marinhas microscópicas conhecidas como fitoplâncton causam estes eventos.
O tipo mais comum de fitoplâncton associado às marés vermelhas no Golfo do México e ao longo da costa leste dos EUA é o dinoflagelado denominado Karenia Brevis. Aqui está uma visão geral detalhada.
Origens e causas
Fenômenos naturais: Os eventos da maré vermelha são fenômenos naturais que ocorrem há séculos. Registros históricos de mortes de peixes e irritação respiratória humana em áreas ao redor do Golfo do México sugerem a ocorrência de marés vermelhas durante séculos.
Enriquecimento de nutrientes: Embora as marés vermelhas ocorram naturalmente, as atividades humanas podem exacerbar ou influenciar a sua frequência e intensidade. O escoamento da agricultura, esgotos não tratados e outras fontes de poluição podem introduzir excesso de nutrientes nas águas costeiras. Isso promove o crescimento de algas.
Efeitos
Vida marinha: K.brevis produz toxinas conhecidas como brevetoxinas. Essas toxinas podem matar peixes e se acumular em mariscos, tornando-os impróprios para consumo.
Humanos: Os humanos podem ser afetados por eventos de maré vermelha de duas maneiras principais. O consumo de marisco contaminado pode levar ao envenenamento neurotóxico por marisco (NSP), que pode causar sintomas neurológicos. Além disso, quando as ondas quebram e causam a ruptura das células das algas, as toxinas podem ser transportadas pelo ar e causar irritação respiratória. Isto é especialmente verdadeiro naqueles com problemas respiratórios como asma.
Económicos: Os eventos de maré vermelha podem ter consequências económicas significativas, especialmente para as comunidades que dependem do turismo e da pesca. O encerramento de praias, a matança de peixes e a proibição da colheita de marisco podem dissuadir os turistas e resultar em perdas financeiras para as empresas locais.
Detecção e monitoramento
Satélites: A detecção remota de satélites pode detectar concentrações de clorofila em águas costeiras, fornecendo uma indicação da actividade de proliferação de algas.
Amostragem de água: Ao coletar amostras de água, os cientistas podem detectar e medir a concentração de K.brevis células e a presença de toxinas associadas.
Mitigação e gestão
Reduzir a poluição por nutrientes: Ao gerir e reduzir as fontes de poluição por nutrientes, o risco de marés vermelhas intensas e prolongadas pode ser reduzido.
Sistemas de alerta precoce: As redes de monitorização podem fornecer alertas precoces às comunidades locais e às pescarias, permitindo-lhes tomar medidas de precaução.
Investigação: A investigação contínua sobre a ecologia e o comportamento da proliferação de algas nocivas pode fornecer informações sobre a previsão e gestão de eventos de maré vermelha.
Distribuição global
O termo “maré vermelha” geralmente se refere à proliferação de K. brevis no Golfo do México, mas a proliferação de algas prejudiciais ocorre em todo o mundo. Diferentes espécies de algas, produtoras de diferentes toxinas, podem ser responsáveis por estes eventos em diversas partes do mundo. Por exemplo, no noroeste do Pacífico, outro dinoflagelado, Alexandriapode causar envenenamento paralítico por marisco (PSP).
Mudanças climáticas e marés vermelhas
A ligação entre as alterações climáticas e as marés vermelhas é uma área de investigação activa. O aquecimento das águas, a subida do nível do mar e o aumento do escoamento de águas pluviais podem influenciar potencialmente a frequência, a duração e a intensidade destas florações.
Equívoco
Nem todas as algas são tóxicas e nem todas deixam a água vermelha. O termo “maré vermelha” pode ser enganoso. Muitas proliferações de algas nocivas não alteram a cor da água. Além disso, nem todas as descolorações da água são prejudiciais.
A investigação e a monitorização dos eventos de maré vermelha continuam, à medida que cientistas e decisores políticos procuram compreender melhor estes fenómenos e desenvolver estratégias para minimizar o seu impacto no ambiente e na saúde humana.