Algas del hielo

La vida microbiana en el hielo marino es extremadamente diversa.[1][2][3] Las especies dominantes varían según la ubicación, el tipo de hielo y la irradiancia. En general, las diatomeas pennadas tales como Nitschia frigida (en el Ártico)[4] y Fragilariopsis (en la Antártida)[5] tienden a ser las especies dominantes. Melosira arctica, que forma filamentos de hasta un metro de longitud unidos al fondo del hielo, también está muy extendida en el Ártico y es una importante fuente de alimento para las especies marinas.[5] Las comunidades de algas marinas se encuentran a todo lo ancho de la capa de hielo marino. Las algas se abren paso en el hielo marino del agua del océano durante la formación del hielo frazil, la primera etapa de formación de hielo marino, cuando los cristales de hielo recién formados ascienden a la superficie, trayendo consigo microalgas, protistas y bacterias. Las algas se pueden encontrar en los canales de salmuera que se forman cuando el agua de mar se congela y crea una matriz de diminutas venas y poros que contienen salmuera concentrada y burbujas de aire.[6]

Las comunidades de algas de hielo marino también pueden desarrollarse en la superficie del hielo, en la superficie de charcas de derretimiento, y en capas donde el hielo ha arrastrado material aluvional sobre si. En las charcas de derretimiento, los tipos de algas que prevalecen varían dependiendo según el nivel de salinidad de la charca, registrándose una mayor concentración de diatomeas en charcas de derretimiento con niveles de salinidad más elevados.[7] Debido a su adaptación a condiciones de bajos niveles de luz, la presencia de algas del hielo se encuentra en gran medida limitada por la disponibilidad de nutriente. Las concentraciones más elevadas se encuentran en la base del hielo porque la porosidad del hielo permite la infiltración de nutrientes desde el agua de mar.[8]

Para sobrevivir en el medio ambiente agreste del hielo marino, los organismos deben ser capaces de soportar variaciones extremas de salinidad, temperatura, y radiación solar. Las algas que viven en los canales de salmuera pueden secretar osmolitos, tales como dimetilsulfoniopropionato (DMSP), que les permiten sobrevivir en las condiciones de elevada salinidad de los canales luego de la formación de hielo durante el invierno, como también los bajos niveles de salinidad cuando el agua de deshielo escurre por los canales durante la primavera y el verano.

Algunas especies de algas del hielo secretan proteínas afines al hielo (IBP) tal como una substancia extracelular polimérica gelatinosa (EPS) para proteger a las membranas celulares de sufrir daños por crecimiento de cristales y los ciclos de congelamiento descongelamiento.[9] El EPS altera la microestructura del hielo y crea un hábitat para proliferaciones ulteriores. Las algas de superficie producen pigmentos especiales para prevenir el daño producto de las exposición a niveles dañinos de radiación ultravioleta. Concentraciones más altas de pigmentos de xantofila actúan como un protector solar que protege las algas de hielo del fotodaño cuando están expuestas a niveles dañinos de radiación ultravioleta durante la transición del hielo a las condiciones durante la primavera.[2] Se ha determinado que las algas bajo hielo grueso muestran algunas de las adaptaciones más extremas conocidas para medios con poca luz. La eficiencia extrema en la utilización de la luz permite que las algas de hielo marino acumulen biomasa rápidamente cuando las condiciones de luz mejoran al inicio de la primavera.[6]

Las algas del hielo poseen un rol crítico en la producción primaria y son parte de la base de la red polar de alimento al convertir el dióxido de carbono y los nutrientes inorgánicos en oxígeno y materia orgánica mediante fotosíntesis en la parte superior de los océanos tanto en proximidades del Ártico como de la Antártida. En el Ártico, se estima que la contribución de las algas del hielo marino al total de la producción primaria representa entre el 3 al 25%, y hasta el 50 al 57% en las regiones Árticas del extremo norte.[10][11] Las algas del hielo marino acumulan bomasa con rapidez, a menudo en la base del hielo marino, y crecen formando mantas de algas que son consumidas por anfípodos tales como krill y copépodos. Estos organismos finalmente son consumidos por peces, ballenas, pingüinos, y delfines.[6] Cuando las comunidades de algas del hielo marino se desprenden del hielo marino las mismas son consumidas por herbívoros pelágicos, tales como zooplancton, al irse asentando hacia el fondo del mar y por invertebrados bénticos en el suelo marino.[2] Las algas del hielo marino son un alimento rico en ácidos grasos poli nosaturado y otros ácidos grasos esenciales, y son los productores exclusivos de ciertos ácidos grasos omega 3 esenciales que son importantes para la producción de huevos de copépodos, eclosión de huevos y crecimiento del zooplancton.[2][12]

La cara inferior del pack de hielo en la Antártida con su coloración verde - krill antártico alimentándose de las algas adheridas al hielo.

El momento en que proliferan las algas del hielo marino tiene un impacto significativo en todo el ecosistema. La iniciación de la proliferación es controlada principalmente por el retorno del sol en la primavera (es decir, el ángulo solar). Debido a esto, la proliferación de las algas del hielo generalmente ocurre antes de las proliferaciones del fitoplancton pelágico, que requieren niveles más altos de luz y agua más cálida.[12] Al comienzo de la temporada, antes del derretimiento del hielo, las algas del hielo marino constituyen una importante fuente de alimento para los niveles tróficos superiores.[12] Sin embargo, el porcentaje total de contribución de las algas del hielo marino a la producción primaria de un ecosistema determinado depende en gran medida de la extensión de la capa de hielo. El espesor de nieve sobre el hielo marino también afecta el momento y la magnitud de las algas del hielo al alterar la transmisión de la luz.[13] Esta sensibilidad a la cubierta de nieve y hielo tiene el potencial de causar un desajuste entre los depredadores y sus fuentes de alimento, las algas marinas, en el ecosistema. Este ajuste / desajuste se ha observado en diversos sistemas.[14] Se han visto ejemplos en la relación entre las especies de zooplancton, que dependen de las algas de hielo marino y el fitoplancton como alimento, y los juveniles del abadejo de Alaska en el mar de Bering.[15]