Phytoplankton preliminary results

What is phytoplankton?

Phytoplankton is the collection of microscopic photosynthetic cells that grow in the upper regions of the ocean, where sunlight is plentiful. These small algae are the base of the thophic chain and consequently its abundance determines the productivity of the marine trophic ecosystems, from small herbivores to fishes. The vertical distribution of the phytoplankton in the water column is restricted to the euphotic zone (the layer where incident light is enough to perform the photosynthesis). Therefore, its growth is mainly controlled by the availability of nutrients in this upper layer. The nutrient concentration in the surface ocean is mainly regulated by the water masses movement that transports nutrients from the deeper layers towards the euphotic layer. On general, these displacements are connected to the circulation patterns on the water masses in the ocean and wind regimen. The climate change could be modifying these circulation patterns and consequently could be affecting the nutrient availability for phytoplankton growth. Furthermore, in the coastal areas the discharges from land sources are also modifying the nutrient concentrations. Over geological time scale, the ocean has become the primary storage sink for atmospheric carbon dioxide. About 90 percent of the total carbon content in our Planet has settled to the bottom of the ocean, primarily in the form of dead biomass. Phytoplankton plays a central role is this process as photosynthesis photosynthesis provides more than 99% of the organic matter used by the marine food webs. Therefore, understanding the factors regulating the growth of the phytoplankton communities is necessary to predict the effects of the anthropogenic changes on the capacity of the ocean to capture atmospheric CO2.

How was the phytoplankton analyzed during NITROALBORAN project?

During May 2008 Nitroalboran cruise was carried out on board of the oceanographic vessel “García del Cid”. Figure 1 show where the stations were positioned.

Figure 1. Western Mediterranean Sea and Alborán Sea area. Soft blue color corresponds to downwelling area of the Werstern Anticyclone Gyre.

Water samples were collected at different depths in each station using a Rossete equipped with Niskin bottles. Samples were fixed with a solution of Lugol and preserved in a dark-cool place until analysis in laboratory.

Then, sub-samples of 25-50 ml were allowed to settle for 24 hours on Utermöhl chambers and finally observed by inverted light microscopy. Abundance and composition of phytoplankton was determined at genera or species level.

Some results of the analyses

In the study area, the phytoplankton abundance varied according to the nutrient concentration. Thus, two areas were clearly differentiated: the coastal zone (with a high nutrient concentration due to the occurrence of upwelling events that transported deep water enriched in nutrients towards the euphotic layer) and the oceanic stations where nutrients in the surface layer were scarce. Concordantly, the phytoplankton abundance was higher in the coastal areas than in oceanic ones, reaching values of 1590 cell ml-1 in station B2 and 1130 cell ml-1 in station A1. The abundances of phytoplankton in the oceanic stations (A5, B5) ranged between 200 an 214 cell ml-1 in A5 and B5, respectively.

Total phytoplankton abundance (Nitroalboran 0508). Sup= surface sample. MSF= depth of maximum fluorescence

Furthermore, the taxonomic composition of the communities varied widely. Thus, in the coastal stations, phytoplankton was dominated by diatoms while dinoflagellates and small flagellates were more relevant in oceanic waters.

Relative abundance of the mayor groups of phytoplankton (Nitroalboran 0508).

The most abundant diatoms were Chaetoceros sp., Leptocylindrus danicus, Leptocylindrus minimus, Pseudinotzschia sp., Asterionellopsis glacialis and Skeletonema costatum in coastal stations and Chaetoceros sp., Leptocylindrus danicus, Leptocylindrus minimus, Nistzschia sp, Rhizosolenia sp. and Guinardia delicatula in oceanic areas.

If you want to know more about the phytoplankton at the Alborán Sea read this article:

Seasonal an inter-annual variability of the phytoplankton communities in an upwelling area of the Alborán Sea (SW Mediterranean Sea). Mercado et al. 2005. Scientia Marina. 69 (4) 451-465.

http://scientiamarina.revistas.csic.es/index.php/scientiamarina/article/view/274/274


You can watch some pictures of the main phytoplankton species at the Alboran sea in the next link: http://www.ma.ieo.es/nitroalboran/gallery.html

Artículo publicado

En el número de febrero de la revista norteamericana Journal of Phycology (vol 45), se recoge el artículo titulado: EFFECT OF CARBONIC ANHYDRASE INHIBITORS ON THE INORGANIC CARBON UPTAKE BY PHYTOPLANKTON NATURAL ASSEMBLAGES, trabajo que ha sido realizado por miembros del Grupo ECOALBORAN en el marco de diferentes proyectos de investigación (incluido NITROALBORAN).

En el trabajo se recogen datos sobre la fisiología de las comunidades de fitoplancton (algas microscópicas que viven en suspensión en la columna de agua) del Mar de Alborán. Los experimentos se realizaron durante diferentes campañas oceanográficas llevadas a cabo entre 2004 y 2006 en los buques oceanográficos Odón de Buen y Francisco de Paula Navarro, ambos gestionados por el Instituto Español de Oceanografía. Durante las campañas se muestreó en estaciones situadas frente a la costa de Málaga, donde se recogieron muestras de agua para realizar incubaciones a bordo de corta duración. En las incubaciones se inyectaron diferentes inhibidores de la actividad fotosintética de las algas. Como es sabido, el fitoplancton requiere luz y carbono no orgánico para llevar a cabo la fotosíntesis, que es el proceso por el que tiene lugar la entrada de materia orgánica y energía en el ecosistema, de la que dependen los otros niveles tróficos (herbívoros, carnívoros, descomponedores). En el agua de mar, el carbono no orgánico se puede encontrar como CO2, bicarbonato y carbonato.
Estudios de laboratorio demuestran que algunas especies de algas pueden utilizar tanto CO2 como bicarbonato, mientras que otras sólo pueden utilizar CO2. Por otro lado, se ha encontrado también que una misma especie puede modificar su preferencia por el CO2 o bicarbonato dependiendo de las condiciones de crecimiento. Sin embargo, en el medio natural, donde las comunidades están formadas por una mezcla de especies, no está claro si la capacidad de la comunidad para tomar CO2 y/o bicarbonato depende más de la composición de especies que de las condiciones de crecimiento o viceversa. La cuestión es relevante porque la acidificación del agua de mar está produciendo una disminución de su pH, lo que conlleva a su vez un aumento de las concentraciones de CO2 y bicarbonato. La acidificación del océano es producida por la disolución del exceso de CO2 acumulado en la atmósfera como consecuencia de las emisiones resultantes de la actividad humana. Según los cálculos publicados en el informe Ocean acidification due to increasing atmospheric carbon dioxide de la Royal Society (http://royalsociety.org/displaypagedoc.asp?id=13314), en el año 2100 las concentraciones de CO2 y bicarbonato podrían aumentar el 50% y el 6%, respectivamente. Las conclusiones de nuestro trabajo, junto con otros similares realizados en otros mares del Planeta, servirán para predecir el previsible impacto de la acidificación sobre el fitoplancton, que es la base de la cadena trófica en los ecosistemas pelágicos.
Como en nuestro estudio los muestreos se realizaron en diferentes épocas del año, con condiciones muy distintas para el crecimiento de las microalgas, y con una composición de especies también muy diferente, se pudo determinar cuál de los dos factores mencionados (composición de especies o condiciones de crecimiento) podría ser más relevante para predecir la capacidad de tomar CO2, bicarbonato ambos, en las comunidades de microalgas del sector norte del mar de Alborán,. La conclusión del trabajo es que el mayor peso es atribuible a la composición de especies.

Pincha en el enlace si quieres leer el resumen del artículo:
http://www3.interscience.wiley.com/journal/121638040/abstract

El Mar de Alborán

NITROALBORAN es un proyecto de investigación oceanográfica que se inició en el año 2006 para estudiar las comunidades de fitoplancton (microalgas) en el mar de Alborán, que es la cuenca más occidental del Mar Mediterráneo. El proyecto nació como continuación de los proyectos y estudios previos que se venían realizando en la zona desde los años 90, y que habían permitido describir la influencia de la variabilidad hidrológica (efectos de los vientos, corrientes, ciclo estacional) sobre la dinámica del plancton. Los resultados de estos estudios permitieron concluir que el crecimiento del fitoplancton podría estar fuertemente condicionado por la disponibilidad de nitrato en la capa superficial durante gran parte del año. Esta situación contrastaba con lo comúnmente observado para el resto del Mediterráneo, donde se propone que es el fosfato el nutriente que limita el crecimiento de las microalgas.

La peculiaridad del Mar de Alborán respecto al resto del Mediterráneo, se debe a su situación geográfica caracterizada por la proximidad del Estrecho de Gibraltar, donde se produce el intercambio de agua entre el océano Atlántico y el Mediterráneo. En el Estrecho, el agua atlántica penetra en superficie hacia el interior del mar de Alborán, mientras que unos pocos metros más abajo el agua procedente del Mediterráneo (mucho más salada y fría) discurre como un río en sentido contrario. El chorro de agua atlántica, en su camino hacia el interior de Alborán, va generando una serie de remolinos ciclónicos y anticiclónicos que hacen de este un mar hidrológicamente muy complejo, con enormes contrastes entre las zonas más costeras y la parte central. El efecto combinado del chorro de agua atlántica y la orografía de la costa norte explica la presencia casi permanente de núcleos de alta concentración de clorofila (esto es, alta abundancia de fitoplancton), que constituyen algunas de las áreas más productivas de todo el mar Mediterráneo.

Durante el proyecto NITROALBORAN se muestrearon las comunidades de fitoplancton asociadas a las diferentes estructuras hidrográficas, con el fin de determinar el impacto potencial del enriquecimiento por nitrógeno de origen natural o procedente de la actividad humana. Para esto, se realizaron tres campañas de investigación oceanográfica, durante las cuales se recogieron muestras de agua para análisis químicos y biológicos y se realizaron experimentos de incubación a bordo del buque oceanográfico.

Resultados preliminares

Nitroalboran Project.

The processes related to the nitrogen biogeochemical cycle will be studied in the Alboran sea in order to determine the limitation degree of the primary production by nitrate availability. This will allow us to determine the potential response of the phytoplankton communities to the nutrient enrichment which is occurring in the Mediterranean sea due to the increase of terrestrial discharges. For this proposal, an oceanographic survey will be performed covering the main hydrological structures identified in the Alboran sea: the upwelling areas and the anticyclonic gyres located respectively in the northern and central parts of the basin. Fifteen stations will be sampled distributed in 3 transects perpendicular to the coast line which go across the different hydrological structures. At each station, profiles of temperature, salinity and photosynthetic active radiation will be performed. Nutrient concentrations and elemental composition of the organic matter (including data of d15N) will be also obtained. Moreover, the phytoplankton communities will be characterized from the values of total and size-fractioned chlorophyll a, taxonomic composition and size spectra. Based on the chlorophyll a concentrations, stations of high and low productivity will be selected for in situ experiments, in order to study the nitrogen cycle processes which deal with the nitrate supply to the euphotic zone. New and regenerated primary production will be estimated from different 15N uptake experiments. In addition, the N2 fixation rates will be assessed because this process could contribute significantly to the new production in the Mediterranean sea. The nitrate supply by vertical turbulence will be inferred from the hydrological data. Nitrification and ammonium excretion by zooplankton will be also estimated. The N metabolism of the identified phytoplankton communities will be assessed from this set of data. In order to link the N-metabolism types to the role of the community in the export of carbon from the euphotic layer, the primary production and the respiratory activity will be estimated in the water column. Finally, incubation experiments with addition of different nutrient sources will be performed in order to determine the potential response of the phytoplankton communities to the nutrient enrichment.