Patrones viajeros en las praderas marinas

• En las praderas marinas aparecen patrones asociados a una alta mortalidad de las plantas capaces de moverse manteniendo su forma.

• Investigadores plantean un modelo que reproduce estos patrones viajeros y que a la vez supone una herramienta de diagnóstico del estado de salud de las praderas.

Un nuevo estudio liderado por científicos del IFISC (CSIC-UIB) y el IMEDEA (CSIC-UIB), publicado en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha descubierto que las franjas de vegetación que se forman en las praderas marinas como la Posidonia oceanica se mueven a una velocidad constante y pueden colisionar entre ellas en un proceso de aniquilación. Los autores proponen un modelo que reproduce esta dinámica al mismo tiempo que permite comprobar el estado de las praderas. 

Las praderas de posidonia son una importante fuente de servicios ecosistémicos y actúan como sumideros de carbono en regiones costeras alrededor de todo el mundo. Sin embargo, se sabe que estas praderas submarinas están siendo amenazadas por culpa de múltiples presiones antropogénicas, lo que lleva a una mayor mortalidad de los pastos marinos. En general, cuando las tasas de reproducción y mortalidad están cerca del equilibrio, las dinámicas que gobiernan la evolución espacio-temporal de las praderas son las scale-dependent feedbacks (retroalimentaciones dependientes de la escala, en inglés). Estas interacciones entre las plantas pueden generar patrones regulares como los observados en los círculos de hadas en Namibia o los laberintos del desierto del Néguev, así que estudiar estos patrones y su evolución es clave para diagnosticar el estado de salud de las extensiones de vegetación. 

El equipo internacional de investigadores ha descubierto que esta situación de alta mortalidad provoca en algunos casos la formación de pulsos viajeros de vegetación, franjas de Posidonia en el caso concreto de las praderas del Mediterráneo, de aproximadamente 1.5 m de ancho que avanzan sin cambiar de forma a una velocidad de unos pocos centímetros al año, y que generan patrones espacio-temporales complejos con forma de anillos, espirales o arcos (Fig. 1). Estas estructuras surgen debido a una alta mortalidad de las plantas causada por la absorción de sulfuro por las raíces. Este sulfuro procede de la descomposición de materia orgánica por parte de bacterias en ausencia de oxígeno. Los patrones espacio-temporales resultantes se asemejan a los formados en otros medios excitables, como son el tejido cardíaco o la reacción de Belousov-Zhabotinsky, pero a una escala mucho mayor. Los investigadores han desarrollado un modelo matemático que reproduce los paisajes marinos observados y predice la aniquilación de estas estructuras circulares cuando chocan entre sí, una característica distintiva de los pulsos excitables. También han demostrado que las imágenes de campo y los perfiles radiales de vegetación, así como la concentración de sulfuro en el sedimento, son consistentes con las predicciones del modelo teórico. Las simulaciones reproducen remarcablemente bien la evolución de los anillos desde 1973 hasta la actualidad, incluyendo la autodestrucción de dos franjas de vegetación al colisionar.

Los autores concluyen que, además de explicar los patrones y su dinámica, los resultados del estudio tienen un valor diagnóstico, y permiten identificar a estas estructuras en forma de anillo como estados terminales de las praderas antes de su colapso. Nuevas tecnologías de monitorización basadas en inteligencia artificial pueden detectar automáticamente estas estructuras anulares en imágenes aéreas o de satélite y así alertar del riesgo de colapso de ecosistemas clave en zonas costeras.

Ruiz-Reynés, D. et al. (2023) “Self-organized sulfide-driven traveling pulses shape seagrass meadows,” Proceedings of the National Academy of Sciences, 120(3). https://doi.org/10.1073/pnas.2216024120.

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