Thresholds and points of no return for oceanic phytoplankton: effects of pollution on phytoplankton communities

Abstract

[eng] Since the Industrial Revolution, significant amounts of natural and synthetic compounds have been released to the environment, interacting with the natural biogeochemical cycles. In oceans, these cycles are partly controlled by phytoplankton. Phytoplankton is the primary producer in the ocean, responsible of inorganic carbon fixation and its transformation and incorporation to the ecosystem as organic carbon. The high mortality observed in the last times by phytoplankton implies that the carbon incorporated cannot be transferred either to the trophic chain nor sedimented with the cells to the ocean bottom, highly influencing the carbon fluxes in the ocean. Among the different factors inducing phytoplankton mortality, exposition to toxic pollutants has been observed as one of the factors causing it. Through multiple experiments with metals and Persistent Organic Pollutants (POPs), several pollution thresholds to marine phytoplankton have been determined during this doctoral thesis. Thresholds are the critical values around which the ecosystem flips from one stable state to another, becoming points of no return when crossing again the same value in the opposite direction does not restore the initial state. Thus, the objectives of this doctoral thesis were to quantify those thresholds, to determine the parameters controlling their sensitivity to marine pollution and to analyze the joint action of mixtures of pollutants and the joint action of these pollutants with environmental factors. This doctoral thesis is the result of these experiments and their findings.

[spa] Desde la Revolución Industrial, cantidades significativas de compuestos naturales y sintéticos han sido liberados al medio ambiente, interactuando con los ciclos biogeoquímicos naturales. En los océanos, estos ciclos son controlados en parte por el fitoplancton. El fitoplancton es el principal productor del océano, responsable de la fijación de carbono inorgánico y su transformación e incorporación a los ecosistemas como carbono orgánico. La elevada mortalidad observada en los últimos tiempos por el fitoplancton implica que el carbono no pueda ser transferido ni a la cadena trófica ni sedimentada con las células al fondo del océano, influyendo en los flujos de carbono en el océano. Entre los diferentes factores que inducen la mortalidad del fitoplancton, la exposición a los contaminantes tóxicos se ha observado como uno de los factores que lo causan. A través de múltiples experimentos con metales y contaminantes orgánicos persistentes (POPs), se han determinado numerosos umbrales de contaminación para el fitoplancton marino durante esta tesis doctoral. Los umbrales son los valores críticos en torno a los cuales el ecosistema pasa de un estado estable a otro, convirtiéndose en puntos de no retorno cuando cruzar de nuevo el mismo valor en la dirección opuesta no restaura el estado inicial. Así, los objetivos de esta tesis doctoral fueron cuantificar dichos umbrales, determinar los parámetros que controlan la sensibilidad a la contaminación marina y analizar la acción conjunta de mezclas de contaminantes y la acción conjunta de estos contaminantes con factores ambientales. Esta tesis doctoral es el resultado de estos experimentos y sus hallazgos.

[cat] Desde la Revolució Industrial, quantitats significatives de compostos naturals i sintètics han estat alliberats al medi ambient, interactuant amb els cicles biogeoquímics naturals. En els oceans, aquests cicles són controlats en part pel fitoplàncton. El fitoplàncton és el principal productor de l'oceà, responsable de la fixació de carboni inorgànic i la seva transformació i incorporació als ecosistemes com carboni orgànic. L'elevada mortalitat observada en els darrers temps pel fitoplàncton implica que el carboni no pugui ser transferit ni a la cadena tròfica ni sedimentada amb les cèl lules al fons de l'oceà, influint en els fluxos de carboni en l'oceà. Entre els diferents factors que indueixen la mortalitat del fitoplàncton, l'exposició als contaminants tòxics s'ha observat com un dels factors que el causen. A través de múltiples experiments amb metalls i contaminants orgànics persistents (POPs), s'han determinat nombrosos llindars de contaminació per al fitoplàncton marí durant la tesi doctoral. Els llindars són els valors crítics al voltant dels quals l'ecosistema passa d'un estat estable a un altre, convertint-se en punts de no retorn quan creuar de nou el mateix valor en la direcció oposada no restaura l'estat inicial. Així, els objectius d'aquesta tesi doctoral van ser quantificar aquests llindars, determinar els paràmetres que controlen la sensibilitat a la contaminació marina i analitzar l'acció conjunta de mescles de contaminants i l'acció conjunta d'aquests contaminants amb factors ambientals. Aquesta tesi doctoral és el resultat d'aquests experiments i les seves troballes.