FORMULARIO DE POSTULACIÓNFERIA ANTARTICA ESCOLAR AÑO

 

Código : B_82-12

Tipo de Proyecto : Bibliográfico

Identificación del Proyecto :

Título del Proyecto

Efectos del cambio climático sobre la cadena trófica de dos especies de pinguinos

Establecimiento

Colegio Inglés San José

Ciudad

Antofagasta

Nombre Profesor Guía

Norma Cruz Tapia

Teléfono Profesor Guía

82368761

E-mail Profesor Guía

caprino59@gmail.com

 

 

Identificación del Equipo del Proyecto :

Rut Nombres Apellidos

19102561-K Pilar Belén Pastén Bonilla

19102561-K Pilar Belén Pastén Bonilla

19098727-2 Sofía Constanza Salazar Castillo

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1. ÍNDICE.

TEMAS PÁGINA Presentación equipo de trabajo 1 Resumen 2 Introducción 3 Formulación del problema 3 Marco teórico 4 Análisis y discusión de los resultados 7 Conclusión 11 Bibliografía 12

2. RESUMEN DE LA INVESTIGACIÓN

El Hombre está modificando a gran velocidad y en forma directa o indirecta el funcionamiento de los ecosistemas. Estas alteraciones alcanzan las propiedades biofísicas de la atmósfera y el clima ya sean a nivel local, regional o global, de tal manera que hoy en día los diferentes ecosistemas del planeta presentan algún grado de degradación o cambio como respuesta a estas modificaciones. Un claro ejemplo de esto es el continente Antártico, el cual ha mostrado durante las últimas décadas, cambios drásticos. Pensar en la fauna antártica es reconocer la presencia de especies representativas como pingüinos, ballenas, mamíferos marinos e invertebrados como el krill; las primeras especies mencionadas se caracterizan por ser longevas y de reproducción lenta por lo que son susceptibles a los cambios climáticos. Sin lugar a dudas, los pingüinos son las aves más representativas de la Antártica y en muchas ocasiones son utilizados como emblema del continente. Específicamente, el género Pygoscelis incluye actualmente a tres especies (P.adeliae, P.antarctica y P. papua) de distribución circumpolar restringida a las áreas antárticas y subantárticas. Este género apareció hace unos 33 millones de años y las especies actuales aparecieron, aproximadamente, hace menos de 23 millones de años; son aves muy sociables que suelen encontrarse en colonias, a veces muy grandes especialmente en las épocas de nidificación. Los efectos del calentamiento sobre las especies antárticas son variados, destacando aquellos relacionados con la pérdida o ganancia de hábitat, modificación de las tramas tróficas e invasiones.

Dada su gran densidad, los crustáceos desempeñan un papel esencial en la organización y función de las redes tróficas marinas, especialmente el grupo de los eufásicos (Krill), de los cuales las especies principales tienen periodos ligados a los ciclos estacionales del hielo marino. Aquí surge la interrogante ¿Cómo ha afectado el cambio climático a las cadenas tróficas? Nuestra investigación se ha enfocado en el krill (Euphausia superba) y sus implicancias en la cadena trófica de pingüinos del género Pygoscelis. A partir de la cual, podemos indicar que existe una relación entre el cambio climático y la disminución de Euphausia superba, que está provocando una reducción de las poblaciones del pingüino adelia (Pygoscelis adeliae) y de barbijo (Pygoscelis antarctica), ya que son ampliamente dependientes del krill.

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3. INTRODUCCIÓN.

Las especies endémicas son aquellas únicas en una determinada zona, es decir no se encuentran en otro lugar. Este caso, es común en los archipiélagos, y en áreas de difícil acceso como la Antártica, donde las especies que allí viven son más vulnerables a los cambios de sus hábitats. La importancia que reviste estudiar y conservar especies endémicas antárticas radica precisamente en que su representación está limitada a ella y su desaparición significaría la pérdida de una particular biodiversidad. El ecosistema marino antártico depende del krill antártico (Euphasia superba), como presa esencial en las distintas tramas tróficas. Su distribución alcanza desde zonas con hielo hasta el medio oceánico. En el hielo encuentra las algas para alimentarse y refugio de los depredadores, sobretodo en el estado larvario. Entonces, debido a la dependencia del hielo, probablemente sea una de las especies más afectadas por el derretimiento de éste a consecuencia del calentamiento global. Estas alteraciones cobran relevancia en las zonas en las que el krill (Euphasia superba) es abundante y el deshielo es mayor. Las consecuencias de éste fenómeno estarán directamente relacionadas con la dependencia de cada especie con el hielo marino como hábitat crítico y con su adaptación a las perturbaciones producidas en la estacionalidad del alimento. Las variaciones interanuales en la dieta de los pingüinos probablemente reflejen cambios en la disponibilidad de presas.

4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.

Pregunta: ¿Ha afectado el cambio climático a la cadena alimenticia de los pingüinos del género Pygoscelis? Hipótesis: Si el calentamiento global modifica a los ecosistemas marinos, entonces, éste producirá efectos negativos en las cadenas tróficas de los pingüinos del género Pygoscelis del ecosistema antártico. Objetivos:

1. Establecer la relación entre el cambio climático y la disminución de Euphausia superba, integrantes de la cadena trófica de los pingüinos del género Pygoscelis.

2. Determinar si la disminución de Euphausia superba afecta la abundancia de las poblaciones de pingüinos del género Pygoscelis.

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5. MARCO TEÓRICO.

Como consecuencia del proceso de cambio climático se ha producido un aumento de las temperaturas, del cual no queda exenta la Antártica, ésta variación ha incidido directamente en la calidad de hielo disponible en la región. En ella, existen tres tipos de hielo: el hielo glaciar, que está formado por agua dulce, el hielo que forman las plataformas y grandes barreras, igualmente formado por agua dulce y por último, el hielo marino, consecuencia de la congelación del mar y la formación de una banquisa durante el invierno. De los 244 glaciares marinos que drenan la capa de hielo y las islas asociadas de la Península Antártica 212 (aproximadamente 87%) han mostrado retiro total desde 1953. Los otros 32 glaciares muestran pequeños avances (Turner et al., 2009). En el caso de las plataformas que circundan algunas zonas de la Antártica se están observando retrocesos y grandes fracturas o quiebres, como ocurre en la de Larsen situada en la costa este y al norte de la península antártica y en la de Wilkins, localizada en la parte sur de la costa oeste de la península (Turner et al., 2009). Los efectos del cambio climático sobre las especies son diferentes en función de las características ecológicas de cada una de ellas, en este sentido, el calentamiento global ha generado diversos efectos al ecosistema antártico. Algunas de las consecuencias importantes son el derretimiento de hielos y glaciares milenarios, hábitat esencial de diversas especies que requieren de su existencia y extensión para alimentarse, las variaciones temporales de los recursos alimenticios, causa cambios en la dieta de las especies, como por ejemplo, la disminución del krill, presenta un problema al ser el alimento esencial en las cadenas tróficas que incluyen desde aves como los pingüinos, hasta mamíferos superiores entre los que se encuentran focas y ballenas. El krill se alimenta de plancton marino y depende del hielo para sobrevivir, porque es precisamente ahí donde encuentra algas de las que alimentarse y refugio frente a depredadores, sobre todo durante su estado larvario. (Almudena, M. 2008) Dentro de las especies que son afectadas, encontramos a los pingüinos del género Pygoscelis, que habitan la región y que han demostrado ser sensibles ante cambios climáticos. Caracterización de las especies estudiadas: Krill (Euphausia superba) El krill puede vivir entre seis y siete años y alcanza la madurez sexual a los dos años (las hembras) y a los tres años (los machos), respectivamente (Siegel, 2000). El apareamiento comienza hasta 1-2 meses antes del desove (en noviembre). Las gónadas del adulto desaparecen en invierno y sólo se desarrollan cuando hay suficiente alimento. Los huevos se ponen lejos del talud continental (por sobre los mil metros) donde se hunden antes de eclosionar, esta estrategia reduce la mortalidad debida a los depredadores que viven en la capa superficial. A medida que los ejemplares de krill maduran y se hacen adultos, se agrupan en grandes bancos, dando un color rojizo o anaranjado al mismo. Estas concentraciones de krill pueden ser densas y compactas a lo largo de extensas capas, agrupaciones o capas profundas desperdigadas, que pueden alcanzar kilómetros de extensión horizontal. Euphausia superba es fundamentalmente herbívoro, en verano se alimenta de nano y microplancton como algas flageladas y diatomeas, pero también de zooplancton, especialmente de copépodos; mientras que en invierno se alimenta principalmente de las algas que crecen bajo la superficie del hielo. Se cree que también pueden formar parte de

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su dieta el zooplancton. Su importancia radica en que es uno de los componentes principales de la dieta de una gran variedad de especies e incluso muchas dependen del krill casi completamente (Alonzo et al. 2003). (Figura 1)

Pingüinos del género Pygoscelis (adeliae, antarctica y papua) Los pingüinos son aves no voladoras, capaces de resistir el frío extremo ya que están provistas de plumas cortas y muy densas. Además, una capa gruesa de grasa que les sirve tanto de aislante térmico y para el almacenamiento de energía. Estas adaptaciones, entre otras, les permiten minimizar la pérdida de calor en las aguas heladas de la Antártica. Los pingüinos de éste género ponen normalmente dos huevos, primero uno y luego de cuatro días, el segundo. Si eventualmente uno de ellos no llegara a término, ya sea por predación u otra causa, existe la opción de una tercera puesta, aunque generalmente ésta no llega a éxito. El periodo de incubación oscila entre 35 – 38 días y es compartida por el macho y la hembra quienes se turnan para mantener el calor necesario. Adaptaciones

1. Adaptaciones etológicas y fenológicas. Son migrantes que se instalan en la Antártica durante el verano, regresando al mar o a las islas sub-antárticas más septentrionales en invierno. Llegan a sus costas en los últimos días de octubre o primeros de noviembre y la abandonan a finales de febrero o marzo, con las crías. Limitan su nidificación a las zonas costeras libres de hielo, disputándose los lugares apropiados de esa superficie. Forman nidos sobre las rocas, lo que les permite recoger calor almacenado por insolación para que no se congelen los huevos. Los pichones, en

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general, no son alimentados por regurgitación de alimento ingerido, sino previa transformación de éste en un aceite concentrado en el estómago, lo que les permite estar lejos del nido durante más tiempo. Los juveniles no reproductores ayudan en el cuidado de las "guarderías" mientras los adultos cazan. La identificación entre los progenitores y los pollos se realiza mediante voces. Como los pollos no pueden termorregular, los cuidados parentales se prolongan durante cuarenta días por lo menos. (Sánchez, R.,2009) 2. Adaptaciones anatómicas y fisiológicas. 2.1 Al medio acuático. Cuerpo hidrodinámico. Alas transformadas en potentes aletas propulsoras. Patas palmeadas. Gruesa capa de grasa subcutánea. Plumas especializadas: cortas, muy rígidas y lanceoladas, cada una de las cuales posee un ramillete de pequeños plumones en la base, cubiertas de una sustancia oleosa que debe ser aplicada por el ave, se mantienen impermeables y aislantes. Las plumas de la cola, muy rígidas, permiten no sólo su función de timón, sino la de apoyo en la pedestración. Presentan también, adaptaciones de su sistema ocular, con visión frontal estereoscópica, y córnea relativamente plana y adaptable mediante musculación específica, lo que les permite la correcta visión tanto en el aire como bajo el agua. (Sánchez, R.,2009) 2.2 El sistema circulatorio presenta varias adaptaciones no sólo al medio acuático sino a las bajas temperaturas y al buceo. Presenta una adaptación en la distribución de venas y arterias que minimiza la pérdida de calor al realizarse el intercambio de calor en el interior del abdomen. Las piernas, muy cortas, dejan exclusivamente las patas fuera del cuerpo protector. Tanto en las patas como en las aletas, esta adaptación impide el acceso al cuerpo de la sangre venosa enfriada en patas y aletas, sino que, previamente a su entrada en el abdomen recoge todo el calor de la sangre arterial, la cual, gracias a este mecanismo, cuando llega a las patas y aletas está ya refrigerada. Minimizándose de esta forma el intercambio de calor con el exterior y la pérdida o disipación del mismo. (Sánchez, R.,2009) 2.3 Al buceo. Todos los pingüinos del género Pygoscelis (adeliae, antarctica y papua) son buceadores, sin embargo, presentan adaptaciones que les permiten mantenerse debajo del agua hasta 10 minutos. Son adaptaciones que suponen vías alternativas a la respiración metabólica y muscular en presencia de oxígeno, sustituida por una respiración en ausencia del mismo o con muy bajas tasas de oxigenación. La respiración se convierte en anaeróbica lo que les permite buceos más profundos y de mayor duración. Presentan mayor capacidad de regular los incrementos del pH de la sangre, debidos a la disolución de dióxido de carbono en la sangre a medida que aumenta la presión y presentan una bioquímica muscular que les brinda mayor resistencia a altos niveles de ácido láctico, que se acumula en la sangre cuando se respira de forma anaeróbica y que genera fatiga muscular. Asimismo, los niveles de hemoglobina y de mioglobina son más altos en los pingüinos que en otras aves no buceadoras, lo que les permite una mayor captación fisiológica de oxígeno antes de cada inmersión. (Sánchez, R. ,2009)

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6. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS.

La alimentación de las distintas especies permite evaluar si los integrantes de un ecosistema vulnerable como la Antártica, son capaces de compensar la presión de los efectos del calentamiento global, ejercidos en la interacción entre los factores bióticos y abióticos del ecosistema. De esta forma, un cambio en la dieta podría significar una mayor tolerancia y /o un desplazamiento hacia la herbivoría u omnivoría dependiendo de cada dieta de las especies e implicaría una condición crítica de la abundancia de los recursos alimenticios. Por el contrario, la mantención de la dieta, podría generar una extinción a nivel regional, de la especie en cuestión, debido a la disminución de la disponibilidad alimenticia. Pero además, está la posibilidad de contraer endo o ectoparásitos, ya sea por cambio en la dieta o por insuficiencia de alimentación, y que podrían eventualmente ocasionarles alteraciones en el metabolismo o enfermedades para lo cual no están preparados inmunológicamente. Existe un estrecho nexo entre el incremento de temperaturas y los cambios del hielo marino que se forma durante el invierno. En particular, el área norte de la península antártica, datos recientes indican una reducción de la extensión de hielo marino durante los meses de diciembre y enero en el periodo (1978-1986) en comparación con el periodo (1998-2006) (Montes-Hugo et al., 2009). Otro de los cambios detectados con respecto al hielo marino en la península Antártica es la reducción del número de días con hielo marino durante el invierno debido a una formación más tardía del hielo y a un retroceso más temprano. Al mismo tiempo el grosor de dicho hielo es también menor (Stammerjohn et al., 2008). Estos cambios en las condiciones del hielo marino tienen profundas consecuencias en el

ecosistema antártico. No obstante al observar la banquisa en su superficie superior se puede contemplar una imagen blanca y un paisaje carente de signos de vida. Aparentemente, en su superficie inferior la visión es muy diferente con una variación de colorido que va desde el verdoso al marrón, debido a la presencia de miles de algas unicelulares que crecen en los intersticios del hielo. Entonces una disminución del hielo marino implica, una reducción de la abundancia de estas algas como indican datos tomados por satélite en los que se observa una

reducción de la producción de clorofila derivada de dichas algas (Figura.2) (Montes-Hugo et al, 2009). Estas algas (cryptophytes, diatomeas, prymnesiophytes, etc), son las que sirven de base para la alimentación de Euphausia superba, de manera que se esperaría que existiera una relación entre la disminución de hielo marino, la reducción de la abundancia de algas y una reducción de la abundancia de éste eufásido.

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Atkinson et al., (2004) han mostrado que se ha producido una disminución de la abundancia de Euphausia superba en los últimos veinticinco años y la relacionan con la disminución de hielo acontecido en el mismo periodo; entonces si pensamos que éste, es clave para la cadena trófica antártica, es factible considerar el cambio en la dieta en especies depredadoras más generalistas, sin embargo en el caso de especies con una mayor especialización trófica este cambio no será posible y por tanto evidenciarán más rápidamente una disminución de sus poblaciones. (Figura.3)

Por otra parte, dada la función esencial de Euphausia superba en el ecosistema marino antártico hay que plantear algunas cuestiones importantes en relación con el potencial impacto de la recolección de éste, por embarcaciones pesqueras, especialmente en aquellas especies para las que el krill es un componente esencial de su dieta. La pesca se produce casi en su totalidad en las zonas de alimentación de los depredadores terrestres de él, como los pingüinos y las focas. Está demostrado que ya existe competencia por el krill entre barcos de pesca y depredadores en algunas zonas. La evidencia se basa especialmente en los índices de consumo en zonas locales y en épocas del año especialmente críticas para los depredadores (Constable & Nicol 2002).

Existe también otra actividad humana que se ha ido incrementando en el tiempo y es el turismo. Visitar la Antártica fue escogida por el 99% de los casi 38.000 turistas que recibió la Antártida a lo largo de campañas turísticas ofrecidas por operadores de esta actividad, manteniéndose las tendencias observadas en los últimos años (Figura 4). El análisis de

estos datos reveló que el 75% de las emisiones de carbono se producen durante la fase de crucero, mientras que el 25% restante corresponde a los vuelos realizados desde los países de origen de los pasajeros antes de embarcar. Pero el resultado más destacado de esta investigación es la huella de carbono promedio de los turistas antárticos, la cual se sitúa en 6,18 toneladas de CO2 por pasajero. Una cifra muy elevada si se considera que la emisión media per cápita a nivel mundial es de sólo 4,38 toneladas de CO2.

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En el caso de las actividades humanas que se desarrollan en el interior del continente (bases de investigación y expediciones científicas), tienen diferentes estrategias de gestión, en las que se incluye el depósito en pozos enterrados en el hielo o su almacenamiento y posterior evacuación junto al resto de residuos. Un efecto del calentamiento global en la Península Antártica ha sido la reducción de la nieve en zonas costeras, lo que precisamente ha dejado al descubierto antiguos depósitos de residuos fecales. Al respecto se ha comprobado, mediante técnicas moleculares, que microorganismos capaces de formar esporas resistentes como Bacillus y Clostridium sp. pueden sobrevivir más de 40 años, mientras que los coliformes fecales suelen ser vulnerables a la radiación ultravioleta y la desecación, por lo que su persistencia es mucho menor. Otro de los problemas que parecen estar acechando al krill y también a otros crustáceos, y por consecuencia a los pigoscélidos y otros depredadores, es la relación directa que se ha descubierto entre la muerte de embriones de esta especie y la acidificación (por aumento en los niveles de CO2) de los océanos. Según el reporte de Kawaguchi et al, se deben considerar algunos efectos de la acidificación oceánica en diferentes crustáceos y especialmente en el krill; el resultado de estos experimentos indican que la acidificación oceánica podrían tener impactos negativos en la fertilización, desarrollo de larvas como Hemicentrotus pulcherrimus y Echinometra mathaei, etapas reproductivas, disminución de éxito de eclosión de huevos de Euphasia superba y Calanus finmarchicus. (Kurihara, H). En el desarrollo embrionario el crecimiento se interrumpe en diferentes etapas en un 90% antes de la gastrulación (Kawaguchi) (Figura 5).

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Ahora, los efectos derivados de la disminución de Euphausia superba están provocando una reducción de las poblaciones de pingüino de adelia (Pygoscelis adeliae) y de pingüino barbijo ( Pygoscelis antarctica) que son ampliamente dependientes del krill, mientras que el pingüino papúa (Pygoscelis papua) no está sufriendo este declive e incluso en algunas zonas está incrementando sus poblaciones, dado que tiene una dieta más variada en la que se incluyen peces y calamares, por lo tanto, es capaz de amortiguar los efectos de la disminución del krill (Euphausia superba) de tal forma, que no solo sus poblaciones no se ven afectadas sino que incluso están aumentado y en algunas zonas están colonizando nuevas áreas en el sur de su área de distribución.

Durante los últimos 30 años se han desarrollado estudios poblacionales en los que se ha estimado como ha variado el número de colonias y la sobrevivencia de las crías debido a los cambios de temperatura en la región polar (Figura 6). Estos resultados indican que el pingüino Adelia, en mayor medida que el pingüino barbijo, estarían reduciendo sus colonias en la zona oeste de la península Antártica y retirándose tempranamente hacia hábitats más favorables, mientras que el pingüino Papúa toleraría estos aumentos de temperatura presentando un mayor éxito en el norte de la península.(Forcada, et al, 2009).

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7. CONCLUSIONES.

A pesar del extremo aislamiento de la Antártida que la ha protegido de la presencia humana, por muchos años, no ha escapado del calentamiento global, y sus consecuencias se evidencian, entre otras, en el derretimiento de hielos y glaciares milenarios, aumento de la acidificación del mar, alterando el hábitat esencial de diversas especies que requieren de sus condiciones particulares para desarrollar su existencia. Una disminución del hielo marino, particularmente de la banquisa en invierno, implica una reducción de la abundancia de los géneros cryptophytes, diatomeas, prymnesiophytes, etc, ya que sirven de base para la alimentación de Euphausia superba. La actividad humana en forma directa, a través de la pesca y el turismo principalmente, también ejerce presión negativa sobre la Antártica, dado que el primero compite por un recurso vital de la cadena trófica tanto de pigoscélidos como de otros depredadores y el turismo hace lo suyo aumentando la inversión de la huella del carbono, que incidirá en el medio donde se desarrolla la vida, especialmente marina. Un aumento de la acidificación marina influye en las diferentes etapas del desarrollo de muchos crustáceos entre los que se encuentra el krill (Euphasia superba) aumentado la letalidad de las larvas.

Nuestra investigación establece que existe relación entre el cambio climático y la disminución de Euphausia superba, la que está provocando una reducción de las poblaciones de pingüino de adelia (Pygoscelis adeliae) y de pingüino barbijo ( Pygoscelis antárctica), ya que son ampliamente dependientes del krill.

Resulta imperiosa la ejecución de estudios a medio y largo plazo que permitan identificar los impactos acumulativos de las actividades humanas ya sea directa o indirecta sobre los diferentes compartimentos ambientales antárticos. Estas investigaciones debieran de combinar las actividades de seguimiento con el desarrollo de estudios experimentales que generen la información necesaria para detectar y gestionar los impactos humanos y en lo posible contrarrestar sus efectos.

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8. BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES.

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9. PARTICIPACIÓN. Describa brevemente la participación de los integrantes en el trabajo (Media página como máximo).

Pasten Bonilla Revisión bibliográgica y de la web. Traducción de paper. Análisis y redacción. Salazar Castillo Revisión bibliográgica y de la web. Traducción de paper. Análisis y redacción.

10. AGRADECIMIENTOS. Brevemente, en caso de ser necesario (Media página

como máximo).

Agradecemos a todos aquellos que nos ayudaron de diversas formas, especialmente a Sebastián Gallardo por su constante apoyo y ayuda profesional, a nuestros profesores de Química e Historia Sergio Casas-Cordero y Cristhian Campos, por la lectura y sugerencias en el trabajo y a Fabiola Peña, por su ayuda y envío de material que nos sirvió para fortalecer nuestro conocimiento. Finalmente a nuestra profesora guía, por todas las horas extras que nos dedicó para revisar, traducir y completar este trabajo.