Floresta de Kelp - Kelp forest

As florestas de kelp são áreas subaquáticas com alta densidade de kelp , que cobrem grande parte do litoral do mundo. Eles são reconhecidos como um dos ecossistemas mais produtivos e dinâmicos da Terra. Áreas menores de algas fixadas são chamadas de leitos de algas . As florestas de kelp ocorrem em todo o mundo nos oceanos costeiros temperados e polares . Em 2007, florestas de kelp também foram descobertas em águas tropicais perto do Equador . No contexto, a floresta de algas kelp combinada com os recifes de coral respondem por menos de 1% da produtividade primária global.

Distribuição global de florestas de kelp

"Só posso comparar essas grandes florestas aquáticas ... com as terrestres nas regiões intertropicais. No entanto, se em qualquer país uma floresta fosse destruída, não acredito que tantas espécies de animais pereceriam como aqui, da destruição de algas. Entre as folhas desta planta vivem numerosas espécies de peixes, que em nenhum outro lugar poderiam encontrar alimento ou abrigo; com sua destruição, muitos cormorões e outras aves pesqueiras, as lontras, focas e botos, logo morreriam também; e por último , os fueguinos [s] ... diminuiriam em número e talvez deixassem de existir.

- Charles Darwin , 1 de junho de 1834, Tierra del Fuego, Chile

Fisicamente formadas por macroalgas marrons , as florestas de algas marinhas fornecem um habitat único para organismos marinhos e são uma fonte para a compreensão de muitos processos ecológicos. Ao longo do último século, eles têm sido o foco de extensas pesquisas, particularmente em ecologia trófica , e continuam a provocar ideias importantes que são relevantes para além deste ecossistema único. Por exemplo, as florestas de kelp podem influenciar os padrões oceanográficos costeiros e fornecer muitos serviços ecossistêmicos .

No entanto, a influência dos humanos muitas vezes contribuiu para a degradação da floresta de algas marinhas . De particular preocupação são os efeitos da pesca excessiva de ecossistemas próximos à costa, que podem liberar os herbívoros de sua regulação populacional normal e resultar no sobrepastoreio de algas e outras algas. Isso pode resultar rapidamente em transições para paisagens áridas, onde relativamente poucas espécies persistem. Já devido aos efeitos combinados da pesca excessiva e das mudanças climáticas , as florestas de algas praticamente desapareceram em muitos lugares especialmente vulneráveis, como a costa leste da Tasmânia e a costa do norte da Califórnia . A implementação de áreas marinhas protegidas é uma estratégia de gestão útil para lidar com essas questões, uma vez que pode limitar os impactos da pesca e proteger o ecossistema dos efeitos aditivos de outros estressores ambientais.

Kelp

O termo kelp refere-se a algas marinhas pertencentes à ordem Laminariales (filo: Heterokontophyta ). Embora não seja considerada uma ordem taxonomicamente diversa, os kelps são altamente diversificados estrutural e funcionalmente. As espécies mais amplamente reconhecidas são os kelps gigantes ( Macrocystis spp.), Embora vários outros gêneros como Laminaria , Ecklonia , Lessonia , Alaria e Eisenia sejam descritos.

Uma grande variedade de vida marinha usa as florestas de algas para proteção ou alimentação, incluindo peixes. Nas florestas de algas do Pacífico Norte, particularmente o rockfish e muitos invertebrados , como anfípodes , camarões , caracóis marinhos , vermes de cerdas e estrelas quebradiças . Muitos mamíferos e aves marinhas também são encontrados, incluindo focas, leões marinhos, baleias, lontras do mar , gaivotas, andorinhas, egrets nevado , grandes garças azuis , e biguás, bem como algumas aves costeiras.

Frequentemente considerado um engenheiro de ecossistema , o kelp fornece um substrato físico e habitat para as comunidades da floresta de kelp. Nas algas (reino Protista ), o corpo de um organismo individual é conhecido como um talo em vez de uma planta (reino Plantae ). A estrutura morfológica de um talo de algas é definida por três unidades estruturais básicas:

  • O holdfast é uma massa semelhante a uma raiz que ancora o talo ao fundo do mar, embora, ao contrário das raízes verdadeiras, não seja responsável por absorver e distribuir nutrientes para o resto do talo.
  • O estipe é análogo ao caule de uma planta, estendendo-se verticalmente a partir do suporte e fornecendo uma estrutura de suporte para outras características morfológicas.
  • As frondes são anexos em forma de folha ou lâmina que se estendem do estipe, às vezes ao longo de todo o seu comprimento, e são os locais de absorção de nutrientes e atividade fotossintética.

Além disso, muitas espécies de algas marinhas têm pneumatocistos , ou bexigas cheias de gás, geralmente localizadas na base das folhas próximas ao estipe. Essas estruturas fornecem a flutuabilidade necessária para que as algas mantenham uma posição vertical na coluna de água.

Os fatores ambientais necessários para a sobrevivência das algas incluem substrato duro (geralmente rocha ou areia), nutrientes elevados (por exemplo, nitrogênio, fósforo) e luz ( dose mínima de irradiância anual > 50 E m −2 ). Especialmente as florestas de algas marinhas produtivas tendem a estar associadas a áreas de ressurgência oceanográfica significativa , um processo que fornece água fria e rica em nutrientes desde as profundezas até a camada superficial mista do oceano . O fluxo de água e a turbulência facilitam a assimilação de nutrientes pelas folhas das algas em toda a coluna d'água. A clareza da água afeta a profundidade para a qual luz suficiente pode ser transmitida. Em condições ideais, as algas gigantes ( Macrocystis spp.) Podem crescer até 30–60 cm verticalmente por dia. Algumas espécies, como Nereocystis , são anuais , enquanto outras, como Eisenia, são perenes , vivendo por mais de 20 anos. Em florestas perenes de algas, as taxas máximas de crescimento ocorrem durante os meses de ressurgência (tipicamente primavera e verão) e a morte corresponde à disponibilidade reduzida de nutrientes, fotoperíodos mais curtos e maior frequência de tempestades.

Kelps estão principalmente associados a águas temperadas e árticas em todo o mundo. Dos gêneros mais dominantes, Laminaria está principalmente associada a ambos os lados do Oceano Atlântico e às costas da China e do Japão ; Ecklonia é encontrada na Austrália , Nova Zelândia e África do Sul ; e Macrocystis ocorre ao longo do nordeste e sudeste do Oceano Pacífico , arquipélagos do Oceano Antártico e em manchas ao redor da Austrália, Nova Zelândia e África do Sul. A região com a maior diversidade de kelps (> 20 espécies) é o nordeste do Pacífico, do norte de São Francisco, Califórnia , às Ilhas Aleutas , Alasca.

Embora as florestas de kelp sejam desconhecidas nas águas tropicais de superfície, algumas espécies de Laminaria ocorrem exclusivamente em águas tropicais profundas. Acredita-se que essa ausência geral de algas nos trópicos seja principalmente devido aos níveis insuficientes de nutrientes associados a águas quentes e oligotróficas . Um estudo recente sobrepôs espacialmente os parâmetros físicos necessários para as algas com as condições oceanográficas médias, produzindo um modelo que prevê a existência de kelps abaixo da superfície em todos os trópicos em todo o mundo a profundidades de 200 m. Para um ponto de acesso nas Ilhas Galápagos , o modelo local foi aprimorado com dados em escala precisa e testado; a equipe de pesquisa encontrou florestas prósperas de algas em todos os oito locais de amostragem, todos previstos pelo modelo, validando assim sua abordagem. Isso sugere que seu modelo global pode realmente ser bastante preciso e, se assim for, as florestas de algas marinhas seriam prolíficas em águas tropicais subterrâneas em todo o mundo. A importância dessa contribuição foi rapidamente reconhecida dentro da comunidade científica e gerou uma trajetória inteiramente nova de pesquisa de kelp florestais, enfatizando particularmente o potencial para um refúgio espacial das mudanças climáticas e também as explicações para os padrões evolutivos dos kelps em todo o mundo.

Arquitetura do ecossistema

Rockfish nadando em torno de algas gigantes
Um mergulhador em uma floresta de algas na costa da Califórnia
Uma floresta de algas na costa da Ilha de Anacapa, Califórnia
As algas gigantes usam flutuadores cheios de gás para manter a planta suspensa, permitindo que as lâminas das algas próximas à superfície do oceano capturem a luz para a fotossíntese.

A arquitetura de um ecossistema de floresta de kelp é baseada em sua estrutura física, que influencia as espécies associadas que definem sua estrutura de comunidade. Estruturalmente, o ecossistema inclui três guildas de algas e duas guildas ocupadas por outras algas:

  • Os kelps do dossel incluem as maiores espécies e frequentemente constituem dosséis flutuantes que se estendem até a superfície do oceano (por exemplo, Macrocystis e Alaria ).
  • Stipitate kelps geralmente se estendem alguns metros acima do fundo do mar e podem crescer em agregações densas (por exemplo, Eisenia e Ecklonia ).
  • Os kelps prostrados ficam próximos e ao longo do fundo do mar (por exemplo, Laminaria ).
  • O conjunto bentônico é composto por outras espécies de algas (por exemplo, grupos funcionais filamentosos e folioses, coralinos articulados) e organismos sésseis ao longo do fundo do oceano.
  • As algas coralinas incrustantes cobrem direta e frequentemente extensivamente o substrato geológico.

Muitas espécies de algas marinhas freqüentemente coexistem dentro de uma floresta; o termo dossel de sub-bosque refere-se aos kelps estipitados e prostrados. Por exemplo, um dossel de Macrocystis pode se estender muitos metros acima do fundo do mar em direção à superfície do oceano, enquanto um sub-bosque dos kelps Eisenia e Pterygophora alcança apenas alguns metros para cima. Abaixo dessas kelps, uma assembléia bentônica de algas vermelhas foliosas pode ocorrer. A densa infraestrutura vertical com dossel sobrejacente forma um sistema de microambientes semelhantes aos observados em uma floresta terrestre, com uma região de dossel ensolarada, um meio parcialmente sombreado e fundo do mar escurecido. Cada guilda possui organismos associados, que variam em seus níveis de dependência do habitat, e a assembléia desses organismos pode variar com a morfologia das algas. Por exemplo, na Califórnia, as florestas de Macrocystis pyrifera , o nudibrânquio Melibe leonina e o camarão esqueleto Caprella californica estão intimamente associados às copas superficiais; a perca de algas Brachyistius frenatus , o rockfish Sebastes spp. e muitos outros peixes são encontrados dentro do sub-bosque estipulado; estrelas frágeis e caracóis de turbante Tegula spp. estão intimamente associados à retenção de algas, enquanto vários herbívoros, como ouriços-do-mar e abalone, vivem sob o dossel prostrado; muitas estrelas do mar, hidróides e peixes bentônicos vivem entre as assembléias bentônicas; corais solitários, vários gastrópodes e equinodermos vivem sobre as incrustantes algas coralinas. Além disso, peixes pelágicos e mamíferos marinhos estão vagamente associados às florestas de algas, geralmente interagindo perto das bordas quando visitam para se alimentar de organismos residentes.

Ecologia trófica

Ouriços-do-mar, como este ouriço-do-mar roxo, podem danificar as florestas de algas mastigando os fixadores de algas
A lontra-do-mar é um importante predador de ouriços-do-mar
O caracol Calliostoma annulatum com joias pastando em uma lâmina de algas gigantes

Os estudos clássicos em ecologia de floresta de kelp se concentraram amplamente nas interações tróficas (as relações entre os organismos e suas teias alimentares ), particularmente a compreensão e os processos tróficos de cima para baixo. Os processos ascendentes são geralmente conduzidos pelas condições abióticas necessárias para o crescimento dos produtores primários, como a disponibilidade de luz e nutrientes e a transferência subsequente de energia para os consumidores em níveis tróficos mais elevados. Por exemplo, a ocorrência de algas é freqüentemente correlacionada com zonas de ressurgência oceanográfica, que fornecem concentrações excepcionalmente altas de nutrientes para o ambiente local. Isso permite que as algas cresçam e subsequentemente sustentem os herbívoros, que por sua vez sustentam os consumidores em níveis tróficos mais elevados . Em contraste, em processos de cima para baixo, os predadores limitam a biomassa das espécies em níveis tróficos mais baixos por meio do consumo. Na ausência de predação, essas espécies de nível inferior florescem porque os recursos que sustentam suas necessidades energéticas não são limitantes. Em um exemplo bem estudado das florestas de algas do Alasca, as lontras marinhas ( Enhydra lutris ) controlam as populações de ouriços-do-mar herbívoros por meio da predação. Quando as lontras marinhas são removidas do ecossistema (por exemplo, pela exploração humana), as populações de ouriços são liberadas do controle predatório e crescem dramaticamente. Isso leva a um aumento da pressão dos herbívoros nos povoamentos de algas locais. A deterioração da própria kelp resulta na perda da estrutura física do ecossistema e, subsequentemente, na perda de outras espécies associadas a este habitat. Nos ecossistemas florestais de algas do Alasca, as lontras marinhas são as espécies-chave que medeiam essa cascata trófica . No sul da Califórnia, as florestas de algas marinhas persistem sem lontras marinhas e o controle dos ouriços herbívoros é mediado por uma série de predadores, incluindo lagostas e peixes grandes, como a cabeça de ovelha da Califórnia . O efeito da remoção de uma espécie predatória neste sistema difere do Alasca porque existe redundância nos níveis tróficos e outras espécies predatórias podem continuar a regular os ouriços. No entanto, a remoção de vários predadores pode efetivamente liberar ouriços da pressão dos predadores e permitir que o sistema siga as trajetórias em direção à degradação da floresta de algas. Exemplos semelhantes existem na Nova Escócia , África do Sul, Austrália e Chile. A importância relativa do controle de cima para baixo versus de baixo para cima nos ecossistemas da floresta de algas marinhas e os pontos fortes das interações tróficas continuam a ser objeto de considerável investigação científica.

A transição de macroalgas (ou seja, floresta de algas) para paisagens desnudas dominadas por ouriços-do-mar (ou 'ouriços-do-mar') é um fenômeno generalizado, muitas vezes resultante de cascatas tróficas como as descritas acima; as duas fases são consideradas estados estáveis ​​alternativos do ecossistema. A recuperação de florestas de kelp de estados estéreis foi documentada após perturbações dramáticas, como a doença do ouriço ou grandes mudanças nas condições térmicas. A recuperação de estados intermediários de deterioração é menos previsível e depende de uma combinação de fatores abióticos e interações bióticas em cada caso.

Embora os ouriços sejam geralmente os herbívoros dominantes, outros com forças de interação significativas incluem estrelas do mar , isópodes , caranguejos algas e peixes herbívoros. Em muitos casos, esses organismos se alimentam de algas que foram desalojadas do substrato e vagueiam perto do fundo do oceano, em vez de gastar energia procurando talos intactos para se alimentar. Quando uma quantidade suficiente de algas flutuantes está disponível, os herbívoros que pastam não exercem pressão sobre as plantas aderidas; quando os subsídios de deriva não estão disponíveis, os pastores impactam diretamente a estrutura física do ecossistema. Muitos estudos no sul da Califórnia demonstraram que a disponibilidade de algas flutuantes influencia especificamente o comportamento de forrageamento dos ouriços-do-mar. As algas flutuantes e partículas derivadas de algas também têm sido importantes para subsidiar habitats adjacentes, como praias arenosas e entre-marés rochosos.

Dinâmica de patch

Outra área importante da pesquisa da floresta de kelp foi direcionada para a compreensão dos padrões espaço-temporais de manchas de kelp. Essa dinâmica não afeta apenas a paisagem física, mas também as espécies que se associam às algas como refúgio ou atividades de forrageamento. Perturbações ambientais em grande escala ofereceram informações importantes sobre os mecanismos e a resiliência do ecossistema . Exemplos de distúrbios ambientais incluem:

  • Demonstrou-se que os eventos de poluição aguda e crônica afetam as florestas de algas marinhas do sul da Califórnia, embora a intensidade do impacto pareça depender da natureza dos contaminantes e da duração da exposição. A poluição pode incluir a deposição de sedimentos e eutrofização de esgoto, subprodutos industriais e contaminantes como PCBs e metais pesados ​​(por exemplo, cobre, zinco), escoamento de organofosforados de áreas agrícolas, produtos químicos antivegetativos usados ​​em portos e marinas (por exemplo, TBT e creosoto ) e patógenos terrestres, como bactérias coliformes fecais .
  • Tempestades catastróficas podem remover os dosséis das algas marinhas por meio da atividade das ondas, mas geralmente deixam os kelps do sub-bosque intactos; eles também podem remover ouriços quando há pouco refúgio espacial disponível. Clareiras intercaladas no dossel criam um mosaico de paisagem marinha onde a luz do sol penetra mais profundamente na floresta de algas e espécies que normalmente têm pouca luz no sub-bosque podem florescer. Da mesma forma, o substrato limpo de algas firmes pode fornecer espaço para outras espécies sésseis se estabelecerem e ocuparem o fundo do mar, às vezes competindo diretamente com as algas jovens e até inibindo seu assentamento.
  • Os eventos El Niño-Oscilação Sul (ENSO) envolvem a depressão de termoclinas oceanográficas, severas reduções na entrada de nutrientes e mudanças nos padrões de tempestade. O estresse devido à água quente e ao esgotamento de nutrientes pode aumentar a suscetibilidade das algas a danos causados ​​por tempestades e pastagem herbívora, às vezes até provocando mudanças de fase em paisagens dominadas por ouriços. Em geral, as condições oceanográficas (isto é, temperatura da água, correntes) influenciam o sucesso do recrutamento de algas e seus competidores, o que afeta claramente as interações de espécies subsequentes e a dinâmica da floresta de algas.
  • A sobrepesca em níveis tróficos mais elevados que regulam naturalmente as populações de herbívoros também é reconhecida como um importante fator de estresse nas florestas de algas. Conforme descrito na seção anterior, os impulsionadores e resultados das cascatas tróficas são importantes para a compreensão dos padrões espaço-temporais das florestas de algas.

Além do monitoramento ecológico das florestas de algas antes, durante e depois desses distúrbios, os cientistas tentam desvendar os meandros da dinâmica da floresta de algas usando manipulações experimentais. Ao trabalhar em escalas espaço-temporais menores, eles podem controlar a presença ou ausência de fatores bióticos e abióticos específicos para descobrir os mecanismos operativos. Por exemplo, no sul da Austrália, manipulações de tipos de dossel de algas demonstraram que a quantidade relativa de Ecklonia radiata em um dossel poderia ser usada para prever assembléias de espécies de sub-bosque; conseqüentemente, a proporção de E. radiata pode ser usada como um indicador de outras espécies ocorrendo no meio ambiente.

Uso humano

As florestas de algas são importantes para a existência humana há milhares de anos. Na verdade, muitos agora teorizam que a primeira colonização das Américas foi devido às comunidades pesqueiras que seguiram as florestas de algas do Pacífico durante a última era do gelo. Uma teoria afirma que as florestas de algas que se estenderiam do nordeste da Ásia até a costa do Pacífico americano teriam proporcionado muitos benefícios aos antigos navegadores. As florestas de algas teriam fornecido muitas oportunidades de sustento, além de atuar como um tipo de proteção contra águas agitadas. Além desses benefícios, os pesquisadores acreditam que as florestas de algas podem ter ajudado os primeiros navegadores dos velejadores, agindo como uma espécie de "rodovia de algas". Os teóricos também sugerem que as florestas de algas teriam ajudado esses antigos colonos, proporcionando um modo de vida estável e evitando que tivessem que se adaptar a novos ecossistemas e desenvolver novos métodos de sobrevivência, mesmo viajando milhares de quilômetros. As economias modernas baseiam-se na pesca de espécies associadas a algas, como lagosta e rockfish. Os humanos também podem colher algas marinhas diretamente para alimentar espécies da aquicultura, como o abalone, e para extrair o composto ácido algínico , que é usado em produtos como pasta de dente e antiácidos. As florestas de kelp são valorizadas para atividades recreativas, como mergulho autônomo e caiaque; as indústrias que apóiam esses esportes representam um benefício relacionado ao ecossistema e a fruição derivada dessas atividades representa outro. Todos esses são exemplos de serviços ecossistêmicos fornecidos especificamente por florestas de kelp.

Ameaças e gestão

O nudibrânquio Melibe leonina em uma fronde de Macrocystis (Califórnia): as áreas marinhas protegidas são uma forma de proteger as florestas de algas marinhas como um ecossistema.

Dada a complexidade das florestas de kelp - sua estrutura variável, geografia e interações - elas representam um desafio considerável para os gestores ambientais. Extrapolar tendências até mesmo bem estudadas para o futuro é difícil porque as interações dentro do ecossistema mudarão sob condições variáveis, nem todas as relações no ecossistema são compreendidas e os limites não lineares para as transições ainda não foram reconhecidos. Com relação às florestas de algas, as principais questões preocupantes incluem poluição marinha e qualidade da água , coleta e pesca de algas, espécies invasoras e mudanças climáticas . A ameaça mais urgente para a preservação da floresta de algas pode ser a pesca excessiva de ecossistemas costeiros, que ao remover níveis tróficos mais altos facilita sua mudança para empobrecer ouriços-do-mar. A manutenção da biodiversidade é reconhecida como uma forma de estabilizar geralmente os ecossistemas e seus serviços por meio de mecanismos como compensação funcional e redução da suscetibilidade a invasões de espécies estrangeiras.

Em muitos lugares, os administradores optaram por regulamentar a captura de algas e / ou a captura de espécies florestais de algas marinhas por meio da pesca. Embora possam ser eficazes em certo sentido, não protegem necessariamente a totalidade do ecossistema. As áreas marinhas protegidas (AMPs) oferecem uma solução única que abrange não apenas as espécies-alvo para a colheita, mas também as interações que as cercam e o ambiente local como um todo. Os benefícios diretos das AMPs para a pesca (por exemplo, efeitos colaterais) foram bem documentados em todo o mundo. Benefícios indiretos também foram mostrados para vários casos entre espécies como abalone e peixes na Califórnia central. Mais importante ainda, as AMPs podem ser eficazes na proteção dos ecossistemas florestais de kelp existentes e também podem permitir a regeneração daqueles que foram afetados.

Restauração de floresta de kelp na Califórnia

Peixes enxameando em uma floresta de algas

Na década de 2010, o norte da Califórnia perdeu 95% de seus ecossistemas de algas devido às ondas de calor marinhas.

Os esforços de recuperação do leito de algas na Califórnia estão se concentrando principalmente na remoção do ouriço-do-mar , tanto por mergulhadores quanto por lontras do mar , que são predadores naturais.

Uma alga marrom, Sargassum horneri , uma espécie invasora avistada pela primeira vez em 2003, também tem sido uma preocupação.

Pesquisadores do Laboratório Marinho Bodega de UC Davis estão desenvolvendo estratégias de replantio, e voluntários do grupo Orange County Coastkeeper estão replantando algas gigantes. A Humboldt State University começou a cultivar alga marinha em sua fazenda de pesquisa em 2021.

Os esforços de pesquisa em nível estadual para evitar o colapso da floresta de algas na Califórnia foram anunciados em julho de 2020.

No nível federal, o HR 4458, a Lei de Manutenção de Ecossistemas Vivos e Produtivos (KELP), introduzida em 29 de julho de 2021, busca estabelecer um novo programa de doações dentro da NOAA para restauração de florestas de algas.

Veja também

Referências

links externos