BLUEMARO

CÓDIGO: PID2020-116136RB-I00

Investigación interdisciplinar para la gestión azul del alga exótica invasora Rugulopteryx okamurae

OBJETIVOS

A pesar de la agresiva invasión del alga parda exótica Rugulopteryx okamurae en las costas norte y sur del Mar de Alborán desde el Estrecho de Gibraltar, apenas se conoce sobre la biología de esta especie y sobre los factores ambientales que pueden explicar el éxito de su colonización. Por lo tanto, es necesario realizar una investigación básica a diferentes escalas espacio-temporales con un enfoque interdisciplinar, con el fin de aumentar el conocimiento de las estrategias autoecológicas y ecofisiológicas de aclimatación de esta especie a las condiciones ambientales actuales y así poder predecir el futuro de su expansión. Además, la investigación de los compuestos bioactivos presentes en esta especie, permitirá no sólo explicar la aclimatación, resistencia y resiliencia de Rugulopteryx okamurae, sino también, evaluar la posible aplicación de sus bioproductos en diferentes industrias dentro de un contexto de gestión azul. El proyecto Bluemaro está estructurado en tres áreas de estudio: estudios oceanográficos de observación y la elaboración de modelos, estudios bentónicos y estudios biotecnológicos.
Dentro de las áreas de estudio planteadas, el Grupo de Oceanografía Física (GOFIMA), colaboraría con el Instituto de Biotecnología y Desarrollo Azul (IBYDA) en la primera, basándose en cuatro objetivos específicos:

1. Obtener una colección de datos históricos para construir un patrón espacio-temporal de las variables físicas y bioquímicas que podrían haber conformado los escenarios ambientales de la proliferación de Rugulopteryx okamurae desde que se detectó por primera vez en el Estrecho de Gibraltar.
2. Adaptar, validar y recalibrar un modelo hidrodinámico tridimensional completo de la región que abarca el Estrecho de Gibraltar, el Golfo de Cádiz y el Mar de Alborán que se utilizará para delinear las vías de dispersión del alga invasora, así como para investigar las conexiones norte-sur y los mapas de riesgo.
3. Elaborar mapas de riesgo biogeográfico de invasión y proliferación de Rugulopteryx okamurae para la costa norte del mar de Alborán en diferentes escenarios ambientales.
4. Analizar con más detalle la variabilidad estacional de las condiciones ambientales a nivel local en tres zonas de estudio (Estrecho de Gibraltar, Marbella-Estepona y Maro-Cerro Gordo) que se caracterizan por diferentes grados de colonización, para investigar cómo los cambios ambientales pueden afectar la fisiología de esta especie y su propagación.

Más información sobre el proyecto BLUEMARO en https://www.ibyda.es/projectDetail/51/ y https://bluemaro.ibyda.es/

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RESULTADOS

OBJETIVO 1: Colección de datos históricos

Desde su primera detección en el Estrecho de Gibraltar en 2015 (Altamirano, 2016), el alga exótica Rugulopteryx okamurae se ha expandido masivamente por las costas occidentales del Mar Mediterráneo, ocupando fondos rocosos poco profundos con coberturas que abarcan entre el 80-100%. Dicha invasión ha ocasionado graves impactos ecológicos y económicos, afectando las comunidades bentónicas previamente establecidas, y provocando arribazones masivos a lo largo de las costas norte y sur del Estrecho de Gibraltar, Mar de Alborán y Golfo de Cádiz, afectando a la pesca y turismo. No obstante, pese a su agresiva colonización en esta región, no existe un claro consenso en cuanto las razones que permitan explicar el éxito invasor de la macroalga, aunque recientemente se ha sugerido como factor clave las condiciones ambientales favorables en el Mar Mediterráneo (Muñoz et al., 2019).
Con el fin de obtener más información sobre la invasión y asentamiento del alga, Mercado et al. (2022), analizaron series temporales de nutrientes, temperatura y salinidad en el área del Estrecho de Gibraltar (2022). Entre otros resultados destacables, los autores llegaron a la conclusión de que las elevadas tasas de incorporación de nitrógeno de la macroalga, así como las tasas de crecimiento y fotosíntesis con el aumento de nutrientes en el agua de mar (Merchán et al. 2021), serían factores condicionantes en la proliferación masiva de la especie invasora en la zona del Estrecho de Gibraltar. Actualmente, GOFIMA está ampliando la ventana temporal usada por estos autores para investigar la variabilidad y anomalías a largo plazo de determinadas variables ambientales (temperatura, salinidad, velocidad de corriente, nutrientes orgánicos e inorgánicos, abundancia de fitoplancton, clorofila y radiación solar) y confirmar las conclusiones de estos autores. El área de interés es la región oceánica andaluzas, Mar de Alborán, Golfo de Cádiz y Estrecho de Gibraltar (Figura 1) y el intervalo temporal pasa del periodo 2010-2019 examinado por estos autores al de 22 años comprendido entre 2000 y 2022. La finalidad es ampliar la escala temporal de las fluctuaciones que podría incluso proporcionar alguna pista sobre variabilidad interdecadal.

Figura 1. Mapa de la temperatura superficial del agua (SST, °C) en un instante de tiempo del año 2022 (1 enero). y región de interés (área sombreada blanca) para la colección de variables oceánicas.

La Figura 2 resume la cobertura temporal y las variables extraídas de cada fuente examinada hasta la fecha por GOFIMA.

Figura 2. Cobertura temporal de las variables extraídas agrupadas según su tipología (atmosféricas, hidrodinámicas, biogeoquímicas y otras). Las etiquetas del eje de ordenadas indican los nombres de las variables extraídas en el lado izquierdo y el acrónimo de las instituciones de procedencia en el lado derechos: Puertos del Estado (PDE), modelo “ERA5 hourly data on single levels from 1940 to present”, del “European Centre for Medium-Range Weather Forecasts” (ERA5), programa Marine Copernicus (COP) y Confederación Hidrográfica del Guadalquivir (CHG).

La búsqueda y descarga de variables se ha llevado a cabo de forma preliminar y no se descarta una recopilación más exhaustiva de variables que abarquen periodos más extensos para alguna de ellas, especialmente satelitales, cuyo origen puede remontarse a la década de los 70, que permitiera una estima más robusta de señales inter-decadales que pudiera arrojar luz sobre el motivo de la proliferación masiva de la macroalga.

OBJETIVO 2: Adaptación y validación del modelo hidrodinámico

Se ha readaptado el modelo numérico implementado y empleado satisfactoriamente por GOFIMA para reproducir la dinámica de la región del Estrecho de Gibraltar y áreas adyacentes (Sánchez Garrido et al. 2011, 2013) basado en el modelo de circulación general MITgcm (Massachusetts Institute of Technology general circulation model; Marshall et al. 1997). La nueva versión desarrollada en BLUEMARO se ha configurado como anidamiento de modelos (Figura 3) siguiendo una arquitectura similar a la llevada a cabo por GOFIMA en la región de la Bahía de Algeciras (Sammartino et al., 2018). El primer modelo hidrodinámico, implementado en el área del Golfo de Cádiz y Mar de Alboran, ha sido considerablemente refinado en la región del Estrecho con respecto a su versión anterior, para su subsecuente anidamiento con otro modelo no hidrostático totalmente no-lineal.

Figura 3. a) Dominio del nuevo modelo BLUEMARO, mostrando las etiquetas de las localizaciones que se han empleado para la validación de las salidas. b) Modelo hijo, de menor extensión y mayor resolución, implementado en la región del Estrecho de Gibraltar.

Para el dominio de menor resolución se definen los siguientes forzamientos: a) El modelo Mediterranean Sea Physics Analysis and Forecast, CMEMS MED-Currents, EAS6 system (Clementi et al. 2021) proporciona los campos baroclínicos de temperatura, salinidad y velocidad horizontal prescritos en los contornos abiertos del dominio; b) El modelo ERA5 hourly data on single levels from 1940 to present (Hersbach et al. 2018) del Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo (ECMWF, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) proporciona el forzamiento atmosférico superficial, en términos de radiación de onda corta y larga, stress del viento, escorrentía, humedad y temperatura del aire; c) El modelo NIVMAR de Puertos del Estado (Álvarez Fanjul et al. 2001) proporciona el campo de velocidad barotrópica en los contornos laterales, necesario para aplicar el efecto de la presión atmosférica sobre el intercambio neto en el Estrecho; d) El modelo LEGOS-POC/CLS (Carrère and Lyard 2003) proporciona los armónicos de marea para calcular el forzamiento barotrópico de velocidad mareal en los contornos laterales. En el dominio de muy alta resolución, el forzamiento atmosférico proporcionado por el modelo atmosférico ERA5 se interpola a la resolución superficial del mallado, mientras que los campos baroclínicos de las condiciones iniciales y de contorno son proporcionadas por los resultados del modelo de menor resolución.
Se ha comprobado que el modelo de alta resolución, ejecutado con un intervalo de iteración de 5s frente al de 15s del modelo de menor resolución, reproduce la generación y propagación de ondas internas, generadas por interacción flujo-topografía debido a la diferente densidad de las aguas Atlántica y Mediterránea. Los cuatro paneles de la Figura 4 ilustran aspectos de esta generación y propagación de estas ondas (paneles a) y d)), cómo el modelo resuelve la posición de la interfaz que se identifica por el sombreado blanco entre la masa de agua Atlántica (valores positivos, sombreado rojo) y Mediterránea (valores negativos, sombreado azul). Estas ondas conllevan movimientos verticales de más de 100 m y su resolución es importante para el estudio del transporte de algas la región del Estrecho.

Figura 4. Secciones de velocidad longitudinal de corriente simulada por el dominio de muy alta resolución y extraídas en condiciones de marea vaciante (a), bajamar (b), llenante (c) y pleamar (d) en una sección longitudinal del Estrecho de Gibraltar (ver ubicación de la sección en panel e). Para cada panel, se representa una serie temporal de nivel extraída en el extremo oeste de la sección.

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