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Boletín de Dinámica de Sistemas

Análisis de la evolución de las mareas rojas

Basado en un modelo de simulación con Vensim

Aldo Barreiro
aldo@uvigo.es

Dentro de una comunidad de especies de microalgas (conocida también como fitopláncton), nos encontramos muchas especies de las que se sospecha que producen algún compuesto químico, en general a través de rutas del metabolismo secundario, que es utilizado como un arma de defensa frente a origanismos que potencialmente pueden alimentarse de dichas microalgas.

Desde hace mucho tiempo son conocidos unos fenómenos de desarrollo de grandes poblaciones de microalgas, por crecimiento o acumulación de éstas en ciertas zonas, vulgarmente conocidos como “mareas rojas”. Estos fenómenos han llegado a afectar de forma grave a seres humanos o sus intereses a través de la producción de algunos de los compuestos químicos arriba mencionados, que resultan tóxicos para personas, y que son consumidos por ellas a través de su acumulación en tejidos de peces y mariscos.

Debido a que en un principio hemos tenido noticia de la existencia estos compuestos debido a sus efectos tóxicos sobre humanos, se ha pretendido extrapolar esta propiedad de toxicidad como defensa frente a potenciales consumidores. No obstante esto no ha sido demostrado con claridad. Además, ha provocado que ignoremos la existencia de otros compuestos químicos que no resultan tóxicos para los seres humanos y sí para otros organismos que están expuestos a ellos con más frecuencia.

En el presente modelo, estudiaremos las relaciones de una población de una especies de microalga tóxica con sus competidores (otras microalgas no tóxicas) y sus potenciales consumidores. Lo haremos siguiendo las pautas de cómo se ha entendido tradicionalmente que funcionan las pautas en este sistema, aunque en muchos aspectos pueda resultar muy discutible.

En un modelo clásico de la ecofisiología de una microalga tóxica, se considera que la producción de toxinas conlleva una realocación de parte de los recursos energéticos dedicados al desarrollo celular y la reproducción en la producción de toxinas. Es decir, la energía que empleas en producir toxinas es energía que pierdes para poder utilizar los recursos con más eficiencia para el crecimiento celular y la reproducción. Es decir que las microalgas tóxicas crecen más lentamente que las no tóxicas, las primeras compiten peor por los recursos abióticos del medio.

La ventaja que deberían obtener las microalgas tóxicas para que su estrategia resulte rentable es que sus compuestos sean una eficaz defensa frente a sus potenciales consumidores, de forma que estos ejerzan más presión sobre las poblaciones de microalgas no tóxicas. De esta forma compensarían una menor capacidad para crecer.

Principales asunciones del modelo

- Las microalgas tóxicas y no tóxicas disponen de una misma cantidad de energía metabólica para utilizar en su desarrollo vital, por lo tanto, la energía empleada en producción de toxinas es energía que se pierde para poder emplearla en creciemiento (esto no siempre es cierto ya que muchas de las toxinas parecen ser subproductos metabólicos).

- Cuanto menos energía emplees en desarrollo y crecimiento, peor es tu capacidad competitiva para los recursos abióticos. (En el modelo se simplificará considerando los factores abióticos en general, pero puede ocurrir que sea sólo para alguno en particular y no los demás).

- Para simplificar, se usa una ecuación de crecimiento de la población de microalgas que es independiente de la densidad.

- Las únicas pérdidas en la población se producen por el efecto de los consumidores de microalgas (zooplancton, microalgas mixotróficas).

Descripción del modelo con la población en equilibrio

Análisis de la evolución de las mareas rojas

En este modelo, partimos de una población de algas tóxicas de 100 individuos por litro de agua.

Consideramos que la Energía metabólica destinada al desarrollo y división celular es = 1 – Energía metabólica destinada a producir defensas químicas = 0.25. En el caso de las microalgas no tóxicas, la Energía metabólica al desarrollo y división celular es = 1

La Competitividad factores abióticos es = Energía metabólica destinada al desarrollo y división celular x 2. En ambos casos.

La Tasa de crecimiento es en ambos casos una valor basal multiplicado por la Competitividad factores abióticos, de este modo, Tasa de crecimiento = 0.25 x Competitividad factores abióticos. En el caso de las microalgas no productoras de toxinas, además, se resta el Efecto de los consumidores, de modo que Tasa de crecimiento = (0.25 x Competitividad factores abióticos) x Efecto de los consumidores.

Los competidores tienen un efecto reduciendo el crecimiento que es = Tasa de crecimiento (competidores) x 0.3

El Crecimiento es = Población de microalga tóxica x (Tasa de crecimiento-Efecto competidores).

Y las Pérdidas serían = Población de microalga tóxica x (0.25 x Efecto de los consumidores). Es decir, que el efecto de los consumidores sobre la población de alghas tóxicas es más débil que sobre las no tóxicas, está reducido en un 75%.

Efectos en el modelo de una alternancia en las poblaciones de consumidores.

Una circunstancia importante que puede tener lugar en las comunidades planctónicas es el cambio estacional en el tipo de consumidores predominantes. Por su forma de alimentarse de microalgas, los consumidores podrían diferenciarse en dos grandes tipos desde el punto de vista de la selección de alimento:

- Consumidores selectivos: elijen alimentarse de las microalgas que más le conviene en función de su valor nutritivo, estos consumidores pueden distinguir qué algas son tóxicas y cuáles no, y por lo tanto, ecoger sólo a las no tóxicas, beneficiando con ello a las tóxicas.

- Consumidores no selectivos: no tienen capacidad para diferenciar entre diferentes cualidades de las algas, y por lo tanto se alimentan indistintamente de las tóxicas y las no tóxicas, beneficiando con ello a las no tóxicas, que crecen más deprisa. Los consumidores del primer tipo (selectivos) pueden también transformarse en no selectivos en períodos de escasez de alimento.

Es interesante destacar que es posible que algunos consumidores tengan más resistencia a las toxinas que otros (particularmente los menos selectivos, o los que están frecuentemente en presencia de las microalgas tóxicas). También es posible evitar los efectos de las toxinas si no son ingeridas en grandes dosis y si se acompañan con la ingestión de microalgas no tóxicas, esto último se denomina “efecto de dilución de la toxina”.

En el nuevo modelo que vamos a crear se incluye una alternancia en el efecto de los consumidores por el cambio de poblaciones de no selectivas a selectivas.. Esto lo haremos con la función Step. Introduciremos a tiempo 50 un factor que reduce el efecto de los consumidores (como si las poblaciones de consumidores a partir de ese momento pasasen a ser selectivas, y por tanto, a dejar de consumir microalgas). Lo que ocurre con la densidad de microalgas tóxicas es esto:

Análisis de la evolución de las mareas rojas

Un aumento de la densidad de población con una caída posterior muy similar a lo que ocurre durante una “marea roja”, de hecho, se ha hipotetizado que las mareas rojas y otros fenómenos de prolifereción masiva de algas se deban, en algunos casos, a “agujeros” en el control ejercido sobre las poblaciones de microalgas por sus consumidores.

(*) Puede solicitar información más detallada de este trabajo al autor


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